多孔生物复合材料的制备及其性能研究

发布时间：2017-03-23 00:13

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【摘要】：本论文主要以多孔支架材料与复合材料的设计出发,分别制备不同含量比的多孔羟基磷灰石(Hydroxyapatite,HA)陶瓷和多孔羟基磷灰石/超高分子量聚乙烯(Ultra-high molecular weight polyethylene,UHMWPE)复合支架材料,培养小鼠胚胎成纤维(Mouse Embryonic Fibroblasts,MEF-3T3)细胞,研究了多孔支架材料的结构、力学性能、亲水性能和细胞相容性,内容如下。(1)采用化学共沉淀法合成纳米羟基磷灰石,通过X-射线衍射分析(XRD)和扫描电镜(SEM)等对HA进行物相分析与形貌研究;采用添加造孔剂法(食盐颗粒)制备多孔HA陶瓷材料。结果表明:多孔HA陶瓷材料随着造孔剂颗粒的尺寸与数量的不同,其孔隙结构表现出不同形貌特征与力学性能。(2)以聚乙烯醇(PVA)为溶剂,将HA粉末进行造粒处理,并与UHMWPE原料混合均匀。通过热压法与酸处理,将具有优良生物相容性的HA和机械性能好的UHMWPE进行复合,制备得到生物活性好、机械强度高的多孔骨修复支架材料,并用来培养MEF-3T3细胞。其中,多孔结构有利于种子细胞的吸附与长入,梯度结构模拟人体骨骼结构,最底层的聚合物材料起到了加强支架的力学强度的作用。分别采用XRD、SEM、红外光谱测试(FTIR)、表面接触角测试、MTT检测和共聚焦荧光显微镜(CLSM)等研究了多孔HA/UHMWPE支架的内部结构、力学性能、亲水测试以及细胞相容性。结果表明:HA的引入,对多孔HA/UHMWPE支架的生物活性与机械强度都有影响,随着HA含量的增加,HA/UHMWPE支架的孔洞和机械强度增加,亲水性能提高;当HA量为30wt%时,HA/UHMWPE支架的表面接触为48°,亲水性最佳;MEF-3T3细胞在HA/UHMWPE多孔支架的贴附和生长较纯UHMWPE好,因为HA的引入有助于MEF-3T3细胞的生长,而支架的多孔结构与良好的亲水性能有利于培养基(DMEM)吸附,从而促进细胞的生长。
【关键词】：羟基磷灰石 超高分子量聚乙烯 多孔结构 支架材料 组织工程
【学位授予单位】：清华大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TB33
【目录】：

• 摘要3-4
• Abstract4-9
• 第1章 前言9-18
• 1.1 引言9
• 1.2 组织工程简介9-12
• 1.2.1 种子细胞10
• 1.2.2 细胞外基质10-11
• 1.2.3 器官构建11
• 1.2.4 临床应用11-12
• 1.3 骨组织工程12-14
• 1.3.1 生物惰性材料13
• 1.3.2 生物活性材料13-14
• 1.3.3 组织工程为基础生物材料14
• 1.4 羟基磷灰石简介14-15
• 1.4.1 羟基磷灰石的组成及晶体结构14
• 1.4.2 多孔HA陶瓷14-15
• 1.4.3 HA/聚合物复合支架材料15
• 1.5 细胞培养15-16
• 1.6 本课题的主要研究意义及研究内容16-18
• 第2章 实验内容与性能表征18-26
• 2.1 引言18
• 2.2 实验部分18-19
• 2.2.1 实验试剂18-19
• 2.2.2 实验仪器19
• 2.3 多孔HA陶瓷的制备19-21
• 2.4 多孔HA/UHMWPE复合支架材料的制备21-22
• 2.5 细胞培养实验22-24
• 2.5.1 实验药品与耗材22
• 2.5.2 实验仪器22-23
• 2.5.3 实验内容23-24
• 2.6 测试方法与表征24-26
• 2.6.1 扫描电子显微镜(SEM)分析24
• 2.6.2 X射线衍射分析(XRD)分析24
• 2.6.3 红外光谱分析(FTIR)分析24
• 2.6.4 拉曼光谱测试(Raman)分析24
• 2.6.5 力学性能测试24-25
• 2.6.6 润湿性能测试25
• 2.6.7 细胞相容性25-26
• 第3章 纳米HA粉末与多孔HA陶瓷的性能表征26-38
• 3.1 引言26
• 3.2 实验部分26-27
• 3.2.1 纳米HA粉末的制备26
• 3.2.2 多孔HA陶瓷的制备26-27
• 3.3 测试方法27-28
• 3.3.1 纳米HA粉末的形貌与物相分析27
• 3.3.2 多孔HA陶瓷的形貌分析27
• 3.3.3 多孔HA陶瓷的物相分析27-28
• 3.3.4 多孔HA陶瓷的力学性能测试28
• 3.3.5 多孔HA陶瓷的孔径分布28
• 3.4 结果与讨论28-37
• 3.4.1 纳米HA粉末的形貌与物相分析28-32
• 3.4.2 多孔HA陶瓷的结构表征32-34
• 3.4.3 多孔HA陶瓷的物相分析34-35
• 3.4.4 多孔HA陶瓷的力学性能35-36
• 3.4.5 多孔HA陶瓷的孔径分布36-37
• 3.5 本章小结37-38
• 第4章 多孔HA/UHMWPE复合支架的性能表征38-51
• 4.1 引言38
• 4.2 多孔HA/UHMWPE复合支架材料的制备38
• 4.3 性能测试与表征38-49
• 4.3.1 原料的结构表征与物相分析38-40
• 4.3.2 多孔HA/UHMWPE复合支架的结构分析40-42
• 4.3.3 酸处理对多孔HA/UHMWPE复合支架的物相分析42-43
• 4.3.4 多孔HA/UHMWPE复合支架的润湿性分析43-44
• 4.3.5 多孔HA/UHMWPE复合支架的机械性能测试44-46
• 4.3.6 多孔HA/UHMWPE复合支架上细胞活性研究46-47
• 4.3.7 细胞在多孔HA/UHMWPE复合支架生长的形貌47-48
• 4.3.8 细胞在多孔HA/UHMWPE复合支架生长的免疫荧光分析48-49
• 4.4 本章小结49-51
• 第5章 结论51-52
• 参考文献52-55
• 致谢55-57
• 个人简历、在学期间发表的学术论文与研究成果57

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