骨组织工程用双相磷酸钙陶瓷支架的制备及其性能研究

发布时间：2017-07-04 09:22

  本文关键词：骨组织工程用双相磷酸钙陶瓷支架的制备及其性能研究

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【摘要】：生物陶瓷材料由于其优良的生物相容性、与骨有相似的组成成分、具有骨传导性、与骨组织形成化学键结合等生物学性能,得到越来越多的材料研究者及医疗专家的青睐。其中,由于HA/β-TCP双相磷酸钙材料在可控降解性、生物活性和成骨性能上比单一钙磷陶瓷要优良,具有更加广泛的应用前景。因此本实验采用激光成型技术和有机泡沫浸渍法制备了一种具有规则直通孔与不规则通孔相结合的多孔双相磷酸钙陶瓷支架,该支架能够很好的满足骨组织工程对多孔生物材料的要求。同时将制备好的多孔双相磷酸钙生物支架与明胶、硅胶和硫酸钙复合制备出了(Si02、明胶、硫酸钙)／双相磷酸钙多孔支架,并对其进行成分、结构和性能等方面的分析。本文主要研究内容包括：(1)通过湿法合成,以碳酸钙和磷酸为原料制备出了具有HA和β-TCP两相的双相磷酸钙粉体。该粉体中β-TCP占81.6wt%；粉体粒径主要分布在0.2μm～20μm范围内：细胞毒性结果表明,该粉体细胞毒性为0或1级,即无细胞毒性。(2)分别通过激光成型技术与泡沫浸渍工艺制备了三种不同密度的多孔双相磷酸钙生物支架。该支架具有与粉体相同的两相成分(HA和β-TCP);从低密度支架到高密度支架,主相β-TCP占比分别为79.3wt%、73.1wt%和71.7wt%;支架具有规则直通孔和不规则通孔相结合的孔洞结构：三种密度的支架直通孔孔径均为0.9-1mm之间,三维通孔孔径从低密度到高密度分别为200-800μm、200-500μm和100-500gm；三种密度的支架的抗压强度随密度的增加逐渐减小,但均在0.1-0.4MPa之间；细胞毒性试验结果表明支架无细胞毒性。(3)分别采用硅胶浸泡后煅烧、明胶浸渍及硫酸钙灌浆的方法制备出多孔Si02/双相磷酸钙生物支架、多孔明胶／双相磷酸钙生物支架和多孔硫酸钙／双相磷酸钙生物支架。研究表明：前两种多孔生物支架均具有规则直通孔与不规则三维通孔相结合的孔洞结构,其中对于SiO2/双相磷酸钙支架直通孔的孔径范围为700-900μm之间,不规则三维通孔的孔径范围从密度到高密度300-500μm、200-350μm和100-300μm,对于明胶／双相磷酸钙支架直通孔的孔径为700-900μm之间,不规则三维通孔的孔径从低密度到高密度为300-500μm、300-500μm和300-400μm：硫酸钙／双相磷酸钙生物支架的的形貌均为棒状硫酸钙和颗粒状双相磷酸钙颗粒相结合,且硫酸钙以堵孔的形式贯穿在多孔双相磷酸钙骨架的孔隙间：三种复合支架的抗压强度分别为0.1-0.4MPa、0.8-1.2MPa及0.7-1.6MPa；体外生物降解实验发现,三种支架浸泡于SBF的过程中有磷灰石的沉积,具有良好的生物活性,且随密度的增加,降解率逐渐降低,其中硫酸钙/双相磷酸钙生物支架的降解周期为90天；细胞毒性试验发现,三种复合支架细胞毒性为0或1级,即无细胞毒性。
【关键词】：骨组织工程 双相磷酸钙 多孔支架 有机泡沫浸渍法 生物降解
【学位授予单位】：昆明理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TQ174.1;R318.08
【目录】：

• 摘要5-7
• Abstract7-12
• 第一章 绪论12-24
• 1.1 骨组织工程简介12-13
• 1.2 骨组织工程中常用支架材料13-19
• 1.2.1 天然材料13-14
• 1.2.2 合成高分子材料14-15
• 1.2.3 生物活性陶瓷15
• 1.2.4 羟基磷灰石简介15-16
• 1.2.5 β-磷酸三钙简介16-18
• 1.2.6 双相磷酸钙简介18-19
• 1.3 硅溶胶简介19
• 1.4 硫酸钙简介19-20
• 1.5 骨组织工程用多孔陶瓷材料的制备方法20-22
• 1.5.1 造孔剂法20
• 1.5.2 有机泡沫浸渍法20-21
• 1.5.3 化学发泡法21
• 1.5.4 冷冻干燥法21-22
• 1.6 本科题研究的意义和内容22-24
• 1.6.1 课题提出的意义22-23
• 1.6.2 课题的主要研究内容23
• 1.6.3 论文的创新点23-24
• 第二章 实验部分24-30
• 2.1 实验所用材料及仪器24-25
• 2.2 检测及表征25-30
• 2.2.1 热失重-差示扫描量热法(TG-DSC)分析25
• 2.2.2 激光粒度分析25
• 2.2.3 傅立叶转换红外光谱分析(FTIR)25-26
• 2.2.4 压汞仪26
• 2.2.5 扫描电镜分析(SEM)26-27
• 2.2.6 力学强度27
• 2.2.7 体外生物降解实验27
• 2.2.8 细胞毒性(cck-8)27-30
• 第三章 双相磷酸钙粉体以及聚氨酯泡沫载体的制备及其性能研究30-40
• 3.1 引言30
• 3.2 实验方案及技术路线30-32
• 3.2.1 双相磷酸钙粉体的制备30-31
• 3.2.2 聚氨酯泡沫载体的制备31-32
• 3.3 检测结果与讨论32-38
• 3.3.1 双相磷酸钙粉体粒度分析32-33
• 3.3.2 双相磷酸钙粉体红外光谱(FTIR)分析33-34
• 3.3.3 双相磷酸钙粉体X射线衍射(XRD)分析34-35
• 3.3.4 双相磷酸钙粉体扫描电子显微镜(SEM)分析35
• 3.3.5 细胞毒性研究(cck-8)35-36
• 3.3.6 聚氨酯泡沫载体红外光谱(FTIR)分析36-37
• 3.3.7 聚氨酯泡沫载体形貌分析37-38
• 3.4 小结38-40
• 第四章 多孔双相磷酸钙生物支架的制备及其性能研究40-52
• 4.1 引言40
• 4.2 实验方案及技术路线40-41
• 4.3 检测结果与讨论41-51
• 4.3.1 热失重-差示扫描量热法(TG-DSC)分析与煅烧工艺42-44
• 4.3.2 红外光谱(FTIR)分析44-45
• 4.3.3 X射线衍射(XRD)分析45-46
• 4.3.4 孔洞参数分析46-47
• 4.3.5 扫描电子显微镜(SEM)分析47-50
• 4.3.6 抗压强度分析50-51
• 4.3.7 细胞毒性分析51
• 4.4 小结51-52
• 第五章 多孔(SiO_2、明胶、硫酸钙)/双相磷酸钙生物支架的制备及其性能研究52-82
• 5.1 引言52
• 5.2 实验方案及技术路线52-55
• 5.2.1 半水硫酸钙的制备52-53
• 5.2.2 多孔SiO_2/双相磷酸钙生物支架的制备53-54
• 5.2.3 多孔明胶/双相磷酸钙生物支架的制备54
• 5.2.4 多孔硫酸钙/双相磷酸钙生物支架的制备54-55
• 5.3 多孔SiO_2/双相磷酸钙生物支架的性检测结果与讨论55-64
• 5.3.1 红外光谱(FTIR)分析56
• 5.3.2 X射线衍射(XRD)分析56-57
• 5.3.3 孔洞参数分析57-58
• 5.3.4 扫描电子显微镜(SEM)分析58-59
• 5.3.5 抗压强度分析59-60
• 5.3.6 体外降解实验分析60-64
• 5.4 多孔明胶/双相磷酸钙生物支架的检测结果与讨论64-72
• 5.4.1 红外光谱(FTIR)分析64-65
• 5.4.2 X射线衍射(XRD)分析65-66
• 5.4.3 孔洞参数分析66-67
• 5.4.4 扫描电子显微镜(SEM)分析67-68
• 5.4.5 抗压强度分析68-69
• 5.4.6 体外降解实验分析69-72
• 5.5 多孔硫酸钙/双相磷酸钙生物支架的检测结果与讨论72-79
• 5.5.1 红外光谱(FTIR)分析73-74
• 5.5.2 X射线衍射(XRD)分析74
• 5.5.3 扫描电子显微镜(SEM)分析74-75
• 5.5.4 抗压强度分析75-76
• 5.5.5 体外降解实验分析76-79
• 5.6 多孔(SiO_2、明胶、硫酸钙)/双相磷酸钙生物支架细胞毒性实验(cck-8)79-80
• 5.7 小结80-82
• 第六章 结论与展望82-84
• 6.1 结论82-83
• 6.2 问题及展望83-84
• 致谢84-86
• 参考文献86-94
• 附录 攻读硕士期间发表论文与专利94

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