银掺杂羟基磷灰石复合材料的合成、表征及相关性能研究

发布时间：2020-04-09 13:37

【摘要】：羟基磷灰石(Ca_(10)(PO_4)_6(OH)_2,HA)是人体骨组织的主要成分,人工合成HA具有优秀的生物活性,但为了扩展其在临床中的应用还需要利用多种方法对其进行改性。通过掺杂金属离子改性羟基磷灰石已被广泛研究,其中银掺杂羟基磷灰石(AgHA)因其独特的抗菌性能而广受关注。此外,人工合成的HA机械性能较差,往往需要在粉体中加入第二相作为支撑相增强其力学性能。本论文首先合成了AgHA粉体,其后分别以聚乳酸(PLA)和氧化石墨烯(GO)作为支撑相合成银掺杂羟基磷灰石/聚乳酸(AgHA/PLA)复合涂层和银掺杂羟基磷灰石/氧化石墨烯(AgHA/GO)复合材料并在此基础上合成了银掺杂羟基磷灰石/氧化石墨烯/聚乳酸(AgHA/GO/PLA)三相复合涂层。通过X射线衍射(XRD)、傅里叶变换红外光谱(FTIR)、场发射扫描电子显微镜(FESEM)、X射线能量色散仪(EDX)、X射线光电子能谱(XPS)和透射电镜(TEM)等测试手段对所制备的样品进行分析和研究,以大肠杆菌(E.coli)为菌种测试各样品的抗菌性能,并对复合涂层的力学性能进行了研究。采用化学沉淀法经高温烧结合成不同起始[Ag]/[Ca]摩尔比的AgHA粉体,同时研究当初始银含量发生变化时粉体性质的变化。研究表明银离子成功取代部分钙离子进入HA晶格中,但随着银含量的增加HA晶格扭曲进而会导致粉体晶型变化。而部分银离子无法进入晶格从而形成磷酸银并在高温烧结过程中会发生自氧化还原反应生成银单质。银单质与银离子间的协同作用极大的提升了AgHA粉体的抗菌活性。利用已合成的AgHA粉体,通过旋涂法在304不锈钢板上制备AgHA/PLA复合涂层。实验结果表明在含银量高的复合涂层中同时存在Ag~0与Ag~+,而它们的协同作用使得复合涂层的抗菌效果有了显著提高。PLA导致复合涂层中的非晶相增多,涂层表面出现团聚现象。但是PLA的存在有效提高了复合涂层的粘结性能及拉伸性能。采用水热法合成了AgHA/GO复合材料。实验结果表明通过水热法可以获得高结晶度的AgHA粉体,而在复合材料中AgHA粉体紧密附着在GO层状结构表面。随着银含量的增加,晶体中出现不定型相并在GO表面出现团聚现象,但AgHA/GO复合材料的抗菌性能也逐渐增强。因为制备过程中没有高温烧结导致复合材料中没有单质银的存在,在缺少Ag~0与Ag~+间的协同作用的情况下提高含银量对复合材料的抗菌性能提升有限。而且随着含银量的增加团聚现象的加重,可能会影响游离Ag~+的释放,从而影响AgHA/GO复合材料的抗菌性能。利用已合成的AgHA/GO粉体,通过旋涂法在304不锈钢板上制备AgHA/GO/PLA三相复合涂层。实验结果表明AgHA晶体依旧附着在GO的层状结构上并且随着银含量增加出现团聚现象,而PLA将各相包覆在一起。银含量的变化对复合涂层的力学性能影响不显著。而随着GO的加入GO同PLA间的相互作用导致了三相复合涂层的粘结性能受到削弱,拉伸性能得到提高,断裂伸长率下降。
【图文】：

羟基磷灰石,纳米薄片,石墨,模拟体液

由图 1.1 可以看出由于石墨烯纳米薄中受到腐蚀后并未完全消失，均匀的表面矿化后型转变成了扭曲的纸片型。48]通过球磨法制备羟基磷灰石/石墨烯纳米薄片前烧结粉体从而制得羟基磷灰石体积分数为 100%纳米薄片/羟基磷灰石复合材料。Bajpai[48]等认为是沿着脉冲电流的方向作用在样品上，因此在烧流方向以及垂直电流方向的性能肯定会有所差异抗压性能以及从不同方向观测复合材料的表面形离子提烧结法合成的复合材料在平行于烧结过程，产生的孔隙也呈狭长状，从而使得在沿压力方从而导致平行于压力方向的材料强度更高，而在性。

羟基磷灰石,复合涂层,氧化石墨,羟基磷灰石涂层

银掺杂羟基磷灰石复合材料的合成、表征及相关性能研究应用上的需求，研究的重点必将逐渐由羟基磷灰石基的两相复合材料/复合涂层转向羟基磷灰石基的三相复合材料/复合涂层的性能提升。Yan 等[53]通过电极作用在电池阳极处理钛板从而获取的排列极度有规律的中空钛纳米棒，并在纳米棒上制备三相复合涂层。图 1.2 为纯羟基磷灰石表面以及明胶/氧化石墨烯/羟基磷灰石（Gelatin/GO/HA）复合涂层分别沉积在中空钛纳米棒表面后的场发射电子显微镜（FESEM）图。由图 1.2 可以看出纯羟基磷灰石表面呈现出羟基磷灰石晶体典型的针状晶型，，而复合涂层的表面则因为不同材料的物化性质不同从而生成了相互交联呈网状的多孔结构。Yan 等[40]发现复合涂层这种独特的网状结构在细胞实验中更加有利于成骨细胞的粘附以及培养后成骨细胞间的物质交换。相比纯羟基磷灰石，三相复合涂层不仅仅表现出更好的生物相容性，同时对增殖成骨细胞也有着更强的促进作用。
【学位授予单位】：深圳大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TB33

【参考文献】