热致液晶聚合物基仿生人工骨的制备和性能研究

发布时间：2018-01-20 13:09

本文关键词： 复合材料液晶聚合物羟基磷灰石聚丙烯酸等离子喷涂骨修复材料　出处：《华南理工大学》2012年硕士论文　论文类型：学位论文

【摘要】：针对现有无机/有机复合材料仿生人工骨力学性能过低无法用作承重骨的问题，本研究创造性地选取热致液晶高分子(Vectra A950, VA)为基体，与羟基磷灰石(Hydroxyapatite，HA)颗粒复合制备仿生人工骨材料。VA具有与天然骨胶原纤维相似的自取向结构和普通有机材料无可比拟的力学性能。HA是天然骨的成分之一，具有优良的生物活性和力学性能，常用于仿生人工骨复合材料。首先，通过正交方法研究了VA的双螺杆挤出与注塑成型工艺，得到优化的加工条件。然后，利用上述优化后的参数制备了HA/VA复合材料仿生人工骨，研究了HA含量对复合材料显微结构和力学性能的影响。研究结果表明：当HA与VA的质量比小于10:100时，复合材料呈现明显的皮芯结构，皮层液晶微纤高度取向，HA主要分散在芯部，其模量和强度达到或超过天然骨的力学性能；随着HA含量的增加，皮芯结构逐步减弱并消失，而缺陷显著增加。当HA与VA的质量比增加到20:100，由于HA颗粒与液晶基体之间的结合较差，复合材料的力学性能、尤其是韧性显著降低。因此，我们利用聚丙烯酸(PolyacrylicAcid，PAA)对HA颗粒进行表面改性制备了HA-PAA/VA复合材料仿生人工骨，并对其加工流变行为、显微结构和力学性能进行了分析。红外(FTIR)和光电子能谱(XPS)分析表明PAA成功包覆在HA表面。热重分析(TG)显示PAA在HA表面的负载率为2.2%。显微结构分析(SEM)表明HA的分散性增强。加工流变说明HA-PAA与VA大分子间的作用力增强。拉伸测试结果表明：当HA-PAA/VA的质量比为20:100时，拉伸强度为138MPa(P0.01)，弹性模量为9.3GPa(P0.01)，断裂伸长率为7.2%(P0.01)。与未经改性处理的材料比较，分别提高了200%、26%和350%。因此，PAA改性可有效改善HA与VA之间的界面结合，从而显著提高HA/VA复合材料的力学性能至天然承重骨的水平。通过体外矿化实验和生物相容性(四甲基偶氮唑盐比色法,MTT法)测试方法对复合材料的生物活性和生物相容性进行了评价，结果发现填充HA粉体后，复合材料表面能介导磷灰石晶体形成，，表现出一定的生物活性，同时能促进骨肉瘤细胞(MG-63)的体外增殖。因此，HA/VA复合材料有作为骨缺损修复和骨替换材料的潜力。由于与HA复合后，VA的力学性能有所降低，考虑到HA主要用于改善VA表面的生物活性，因此，我们研究了在VA基体表面等离子喷涂HA涂层的可行性。实验得到的了优化的工艺参数：主气：氩气100scfh；次气：氦气10scfh；喷涂电压(V)：35V；喷涂电流(I)：860A；喷涂速度：500mm/s；喷涂距离为10cm；粉体的输送量(r)：20g/min。显微分析表明HA涂层均匀、致密且不存在裂纹，涂层的厚度为16.5μm。XRD测试分析表明HA粉体经等离子高温后部分分解为磷酸三钙、磷酸四钙和氧化钙等。涂层经体外矿化后磷酸三钙和磷酸四钙发生反应生成HA，且随着矿化时间的延长，VA表面的HA大量沉积，表现出优良的生物活性。体外细胞相容性测试(MTT法)结果发现HA涂层能促进MG-63细胞的增殖，说明HA涂层改善了VA聚合物的生物相容性，为聚合物表面进行等离子喷涂生物活性涂层的工艺奠定研究基础。
[Abstract]:In view of the problem that the bionic artificial bone mechanical property of the existing inorganic / organic composite material cannot be used as a load - bearing bone , a bionic artificial bone material is prepared by creatively selecting a thermal - induced liquid crystal polymer ( Vectra A950 , VA ) as a matrix , and combining with hydroxyapatite ( HA ) particles to prepare the bionic artificial bone material . The VA has the self - orientation structure similar to the natural bone collagen fiber and the incomparable mechanical property of the common organic material . The HA is one of the components of the natural bone , and has excellent bioactivity and mechanical properties , and is commonly used in bionic artificial bone composite materials . A bionic artificial bone with HA / VA composite was prepared by surface modification of HA - PAA / VA composite . The results showed that the HA - PAA / VA composite was better than that of HA - PAA / VA . The results show that HA coating can promote the proliferation of MG - 63 cells . The results show that HA coating can promote the proliferation of MG - 63 cells .

【学位授予单位】：华南理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2012
【分类号】：TB332;R314

【参考文献】