普通陶瓷生物性能及组成、结构研究

发布时间：2017-10-17 22:16

  本文关键词：普通陶瓷生物性能及组成、结构研究

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【摘要】：据报道,每年全球医疗器械市场已经达到3500亿美元,并且以每年10%的速度增长,其中生物医用材料需求约占总份额的50%,硬组织材料(主要是骨替代品和人工牙齿)是最重要的组成部分。以我国为例,我国每年大约有2000多万例因外伤、疾病早成的骨伤患者,其中有10%,也就是200多万人需要骨修复材料,每年的市场约150亿人民币,而潜在的市场或有500亿人民币左右。随着物质生活的不断提高,我国对骨替代材料的需求将会不断增大。初步估计,在15-20年内,骨替代材料的市场份额将达到药物市场份额的10%。面对如此巨大的市场份额,寻找一种价格低廉、性能优异的骨替代材料正成为研究的热点。本实验以廉价的碳酸钠(Na_2CO_3)、二氧化钛(TiO2)、氢氧化钠(NaOH)等为原料,通过固相反应和水热合成的方法,制备出纯相钛酸钠(Na_2Ti_3O_7和Na_2Ti_6O_(13)),并经过简单的陶瓷制备方法获得了多孔生物陶瓷。通过差热热重分析(TG-DSC)实验结果,确定烧结温度;通过扫描电镜(SEM)确定测试结果,确定样品的微观结构;通过X射线衍射(XRD)测试结果,确定样品的晶体类型;通过模拟体液(SBF)浸泡实验和细胞毒性实验测试结果确定样品的生物性能。实验结果表明通过原位生长棒状Na_2Ti_6O_(13)在950oC制备的自增韧多孔钛酸钠生物陶瓷互相贯通的多孔结构,并且有良好的机械性能,气孔率为61.10±1.12%的钛酸钠陶瓷的抗压强度和抗折强度分别达到了43.36±2.43 MPa和3.47±0.21MPa·m1/2)。具有均匀分布的和相互关联的气孔的网状钛酸钠陶瓷是用钛酸钠纳米带(Na_2Ti_3O_7)通过简单的方法制备的,测试结果表烧结温度950oC,45S5玻璃含量为15%的样品,气孔率达到了82%,并且弯曲强度达到40 MPa。在SBF浸泡实验中,在表面生成了钛酸钙(CT)和羟基磷灰石(HA)。在细胞毒性实验中没有表现出毒性。在羟基磷灰石增韧实验中,添加8%棒状钛酸钠(Na_2Ti_6O_(13))的羟基磷灰石抗压强度从41.94 MPa,增加到了59.21 MPa,并且气孔率没有明显的减小。说明钛酸钠能明显的增加羟基磷灰石的机械性能。
【关键词】：钛酸钠 自增韧 多孔生物陶瓷 羟基磷灰石
【学位授予单位】：齐鲁工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TQ174.1
【目录】：

• 摘要8-9
• ABSTRACT9-10
• 第1章 绪论10-22
• 1.1 引言10
• 1.2 生物材料概述10-11
• 1.3 生物陶瓷材料概述11
• 1.4 生物陶瓷分类11-14
• 1.4.1 惰性生物陶瓷惰性材料11-13
• 1.4.2 生物活性材料13-14
• 1.4.3 可降解生物材料14
• 1.5 生物陶瓷的发展14-20
• 1.5.1 生物陶瓷早期应用15
• 1.5.2 生物玻璃15-16
• 1.5.3 磷灰石-硅灰石微晶玻璃（A-W微晶玻璃）16
• 1.5.4 磷酸钙类16
• 1.5.5 等离子喷涂羟基磷灰石涂层16-17
• 1.5.6 磷酸钙骨水泥17
• 1.5.7 羟基磷灰石生物陶瓷17-19
• 1.5.8 钛酸钠生物陶瓷19-20
• 1.6 本课题的研究目的及意义20-22
• 第2章 实验材料和方法22-28
• 2.1 实验材料22-23
• 2.2 实验仪器与设备23
• 2.3 材料表征23-28
• 2.3.1 材料微观表征23-25
• 2.3.2 钛酸钠生物陶瓷生物活性表征25-28
• 第3章 自增韧多孔钛酸钠生物陶瓷制备与表征28-42
• 3.1 引言28
• 3.2 实验过程28-29
• 3.2.1 实验材料28
• 3.2.2 45S5生物玻璃制备28-29
• 3.2.3 多孔钛酸钠生物陶瓷制备29
• 3.3 性能测试29-30
• 3.3.1 微观结构表征机械性能测试29-30
• 3.4 结果与讨论30-40
• 3.4.1 差热热重分析30-31
• 3.4.2 微观结构分析31-32
• 3.4.3 生物玻璃相含量对钛酸钠生物陶瓷性能的影响32-35
• 3.4.4 钛酸钠生物陶瓷，硅酸钙和羟基磷灰石性能对比35-36
• 3.4.5 钛酸钠生物陶瓷自增韧机理36-38
• 3.4.6 生物性能测试38-40
• 3.5 本章小结40-42
• 第4章 网状钛酸钠生物陶瓷的制备与表征42-58
• 4.1 引言42
• 4.2 实验过程42-44
• 4.2.1 实验材料42
• 4.2.2 Na_2Ti_3O_7纳米带的制备42-43
• 4.2.3 生物玻璃的制备43
• 4.2.4 网状钛酸钠生物陶瓷的制备和表征43-44
• 4.3 结果与讨论44-56
• 4.3.1 XRD分析44-45
• 4.3.2 微观结构分析45-46
• 4.3.3 机械性能测试46-48
• 4.3.4 体外生物活性的测试48-51
• 4.3.5 钛酸钙和羟基磷灰石形成机理51-53
• 4.3.6 细胞毒性检测53-56
• 4.4 本章小结56-58
• 第5章 钛酸钠增韧羟基磷灰石生物陶瓷58-72
• 5.1 引言58
• 5.2 实验过程58-61
• 5.2.1 实验材料58
• 5.2.2 45S5生物玻璃制备58-59
• 5.2.3 羟基磷灰石制备59-60
• 5.2.4 固相反应制备钛酸钠（Na_2Ti_6O_(13)）60
• 5.2.5 钛酸钠增韧羟基磷灰石陶瓷的制备60-61
• 5.3 性能测试61
• 5.3.1 生物性能测试61
• 5.3.2 样品微观表征和机械性能测试61
• 5.4 结果与讨论61-70
• 5.4.1 HA不同温度X射线衍射分析61-62
• 5.4.2 HA不同温度处理FT-IR分析62-64
• 5.4.3 不同Na_2CO_3:TiO_2摩尔比产物X射线衍射分析64-67
• 5.4.4 45S5生物玻璃、PEG含量对HA陶瓷的影响67-70
• 5.4.5 生物活性测试70
• 5.5 本章小结70-72
• 第6章 结论与展望72-74
• 6.1 结论72-73
• 6.2 创新点73
• 6.3 展望73-74
• 参考文献74-80
• 致谢80-82
• 在学期间主要科研成果82

【参考文献】

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1 Sanosh Kunjalukkal Padmanabhan;Avinash Balakrishnan;Min-Cheol Chu;Yong Jin Lee;Taik Nam Kim;Seong-Jai Cho;;Sol-gel synthesis and characterization of hydroxyapatite nanorods[J];Particuology;2009年06期

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本文编号：1051343