结构仿生纳米生物材料的制备及其性能研究

发布时间：2017-04-26 03:14

  本文关键词：结构仿生纳米生物材料的制备及其性能研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：仿生生物材料是指从分子水平上研究生物材料的结构特点、构效关系,人们在日常的生产生活中,受到自然界生物体的特殊结构和功能的启发,利用和模仿生物体结构、功能并将其应用到材料的设计和制备中,从而获得接近甚至超过天然生物材料优异性能的新型材料。目前,仿生生物材料发展迅速,已经成为化学、材料、力学、物理学等学科交叉研究的前沿热点之一。本论文基于结构仿生原理,以水热法制备的三维网状结构的钛骨骼材料为仿生型生物骨架,再通过磁控溅射法在钛酸盐纳米线的表面沉积取向生长的SiC纳米柱,制备出了SiC/TiO_2结构仿生型纳米生物骨骼材料。通过这种方法将SiC和TiO_2有机结合在一起,可以综合这两种材料的优异特性,从而弥补了两者在功能上存在的不足,制备出的结构仿生型纳米人工骨骼材料在强度和韧性等性能上与天然骨骼类似。通过对其表面和内部形貌表征(SEM、TEM)、力学性能测试(FMA)、细胞活性测试(MTT、ALP)等实验手段研究其结构与性能的关系。现分析总结如下:1、采用水热法及磁控溅射法制备的SiC/TiO_2结构仿生型纳米人工骨骼材料具有与天然骨组织相似的三维网状结构,符合结构仿生原理。通过力学性能测试(FMA)得出其具有优良的弹性模量和超过人体骨骼的抗弯抗压强度。单根SiC/TiO_2仿生型人工骨骼材料的纳米纤维的抗弯弹性模量K=13.5-25.0 GP,与人体骨骼抗弯弹性模K=17-18.9 GP相吻合。当对该仿生人工骨骼材料的单根纤维施加外力时,仿生骨骼纤维发生弯曲,表现出较好的抗压抗弯强度。当外力消除,仿生骨骼纤维迅速恢复为原来状态,表现出优良的韧性。证明了SiC/TiO_2仿生型纳米人工骨骼材料的结构具有可恢复性,从而可以有效的解决人工骨骼材料与天然骨骼弹性模量不匹配的问题。其次,这种SiC/TiO_2仿生型人工骨骼材料具有良好的生物相容性和生物活性,可以作为新一代的骨残损修复或骨移植的生物支架材料。2、采用两步水热法制备了结构仿生型生物活性玻璃。这种新型的生物活性玻璃在结构上具有与天然骨骼材料相似的网孔状结构,因而符合仿生学基本原理。这种多孔结构为细胞的粘附、增殖提供了更多的空间。可作为新一代的骨替代材料和骨修复的生物支架材料。
【关键词】：仿生材料学 仿生生物材料 人工骨骼材料 生物活性玻璃
【学位授予单位】：浙江理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TB383.1
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 第一章 绪论9-22
• 1.1 结构仿生生物材料简介9-10
• 1.2 结构仿生生物材料的分类10
• 1.3 结构仿生生物材料的研究进展10-20
• 1.3.1 无机结构仿生生物材料的研究进展10-15
• 1.3.1.1 无机结构仿生生物材料简介10-15
• 1.3.1.2 无机结构仿生生物材料存在的问题15
• 1.3.2 有机结构仿生生物材料的研究进展15-17
• 1.3.2.1 有机结构仿生生物材料简介15-17
• 1.3.2.2 有机结构仿生生物材料存在的问题17
• 1.3.3 复合结构仿生生物材料的研究进展17-20
• 1.3.3.1 复合结构仿生生物材料简介17-20
• 1.3.3.2 复合结构仿生生物材料存在的问题20
• 1.4 本论文选题的目的、意义及研究内容20-22
• 1.4.1 本论文选题的目的、意义20-21
• 1.4.2 本论文的研究内容21-22
• 第二章 SiC/TiO_2结构仿生纳米生物材料的制备及其性能研究22-45
• 2.1 引言22-23
• 2.2 实验过程23-30
• 2.2.1 实验试剂和仪器23-24
• 2.2.2 实验方案24-25
• 2.2.3 水热法制备多壁TiO_2网状纳米纤维25-26
• 2.2.4 磁控溅射法在钛骨骼表面制备定向生长的SiC纳米柱26-30
• 2.3 结果与讨论30-45
• 2.3.1 网孔状SiC/TiO_2结构与功能仿生材料的形貌表征30-35
• 2.3.2 网孔状SiC/TiO_2结构与功能仿生纳米骨骼材料的结构与元素分析35-39
• 2.3.3 网孔状SiC/TiO_2结构与功能仿生纳米骨骼材料力学特性研究39-42
• 2.3.4 网孔状SiC/TiO_2结构与功能仿生纳米骨骼材料生物测试42-45
• 第三章 结构仿生生物玻璃材料的制备及其性能研究45-55
• 3.1 引言45-46
• 3.2 实验过程46-49
• 3.2.1 实验试剂和仪器46-47
• 3.2.2 实验方案47-49
• 3.2.2.1 水热法制备多孔硅酸盐纳米片阵列47-48
• 3.2.2.2 水热法制备结构仿生型生物活性玻璃48
• 3.2.2.3 结构仿生多孔硅酸盐纳米复合材料生物性能测试48-49
• 3.3 结果与讨论49-54
• 3.3.1 多孔状硅酸盐纳米片的形貌表征49-54
• 3.4 本章小结54-55
• 第四章 结论与展望55-56
• 4.1 主要结论55
• 4.2 工作展望55-56
• 参考文献56-61
• 攻读学位期间的研究成果61-62
• 致谢62

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本文编号：327635