三维可控微结构多孔生物活性陶瓷的制备及其性能研究

发布时间：2018-02-28 10:59

本文关键词： 快速成型生物活性陶瓷骨修复多孔支架　出处：《华南理工大学》2015年硕士论文　论文类型：学位论文

【摘要】：β-磷酸三钙(β-TCP)具有与骨矿物相类似的组成,而且具有良好的生物相容性和生物活性,因此在骨缺损中具有重要的应用价值,但传统成型方法制备的β-TCP生物活性陶瓷力学性能欠佳、孔道连通性不高、孔隙率和孔径大小不可控,这些缺陷和的不足影响了其临床应用。本研究通过精确调控合成β-TCP粉体,采用先进的快速成型技术仿生构建具有大孔-微孔复合多级显微结构、孔隙高度连通的生物活性陶瓷多孔支架材料,通过从外形和内部多孔结构的精细设计与精确制造两方面着手,解决生物活性陶瓷多孔支架快速成型的关键问题。此外从传统的二维培养体系拓展到三维培养体系,深入研究细胞在三维多孔支架内部的粘附、增殖、成骨分化行为,对于体内实际植入情况更加具有指导意义。首先对原料的合成精确调控,利用化学沉淀法制备了物相单一、粒径均匀、粒度较小、分散良好的类球形β-TCP粉体,并探讨了热处理温度对β-TCP粉体的物相、结晶度、晶粒大小的影响。结果表明,温度较低时,前驱体不能完全转化成晶相;温度越高,结晶度越高,晶粒越大,晶粒的持续长大会使相邻的晶粒融合在一起,使晶粒合二为一,最终选择800°C为最佳的热处理温度。化学沉淀法合成的β-TCP粉体的粒径呈正态分布,中位径为23.258μm,采用双比重瓶法测得粉体的平均密度为3.1381 g/cm3。研制了适用于气压挤出式三维纤维沉积技术的、具有高固相含量和良好打印性能的生物陶瓷浆料。由于气压挤出式系统的压力最大只有0.6 MPa,因此对浆料的流动性和固化速度提出了更高的要求。为了制备具有高固相含量、适宜流动性和凝固性能的、可用于快速成型的生物活性陶瓷浆料,有效解决浆料的流变性和凝固性不可控等技术问题,配制浆料时选择聚丙烯酸铵为分散剂,加入量为β-TCP粉体的1.5 wt%,溶剂的pH为9,羟丙基甲基纤维素为增稠剂,浆料的固相含量为40~50 vol%。采用计算机辅助设计快速成型技术,使用3D-Bioprinter系统成功制备了外形尺寸和孔径大小精确可控的β-TCP三维支架,探讨了不同烧结制度和针头直径对三维支架物理化学性能的影响。制备了方形、圆形、带孔方形等不同外形和尺寸的三维多孔支架材料。通过调整浆料配方,使其可适用于针头直径分别为0.20 mm、0.25 mm、0.41 mm、0.61 mm的快速成型。支架的孔径尺寸在大于100μm的范围可控。在设置的五种烧结制度中,都没有发生相转变,最终的物相都比较均一,结晶度较高。随烧结温度的升高,孔隙率降低,但温度的继续增加会使烧结过程的传质方式发生变化,导致孔隙率增加。最终选择烧结温度为1130°C。制备250、350和450μm三种不同孔径的支架,三种支架的孔径大小有明显的差异,且孔规则有序排列,有高度连通性,其孔隙率分别为39.05±6.46%、50.14±5.60%、48.16±1.35%,抗压强度分别为46.56±13.21 MPa、24.56±3.05 MPa、34.7±2.04 MPa。研究了快速成型制备的具有高度连通性的骨组织工程支架的孔隙率和孔径大小对细胞黏附、增殖、成骨分化行为的影响及规律。细胞实验表明,快速成型制备的β-TCP三维支架具有良好的生物相容性和生物活性,细胞在支架表面黏附能力较好,且细胞在支架上可以维持良好的增殖能力和成骨分化能力,其中,孔径为250μm的支架效果最好。
[Abstract]:A biological active ceramic slurry with high solid content and good printing performance was prepared by using advanced rapid prototyping technology . The results showed that the particle size of 尾 - TCP powder was 3 . 1381 g / cm3 . The effects of different sintering systems and needle diameters on the physical and chemical properties of three - dimensional scaffolds were investigated .

【学位授予单位】：华南理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TQ174.75

【参考文献】