医用碳/碳复合材料表面改性及其生物医学应用研究
发布时间：2021-04-27 21:51
碳/碳复合材料是材料领域中重点发展的一种新型材料，作为医用植入物的研究已经有30多年的历史了，生物相容性较好、力学参数与人骨接近，有良好的应用前景，但是到目前为止还没有真正在临床中应用。本文围绕碳/碳复合材料应用中的基本问题，着重研究了医用碳/碳复合材料的制备及生物相容性、表面改性、耐磨性能提高、个体化人工骨制备以及在放射治疗中对剂量的影响。本文针对碳/碳复合材料杂质甚至有毒元素含量偏高的现状，提出了延长高温（2800～3200℃）石墨化处理时间以降低碳/碳复合材料杂质（有毒元素）含量，按照中华人民共和国国家医疗器械标准要求，对其进行生物安全性研究，认为经过12h高温处理后，碳/碳复合材料是符合国家医疗器械生物安全标准要求的。研究了不同工艺制备的碳/碳复合材料对成骨细胞生长的影响，对影响细胞生长的因素进行了分析；同时也研究了成骨细胞在碳/碳复合材料表面的粘附特性，对其粘附机制进行了探讨和解释。通过梯度化学气相沉积法（CVD）改变医用碳/碳复合材料表面热解碳的结构分布来提高摩擦性能，得到了梯度CVD法制备医用碳/碳复合材料涂层的工艺流程，解决了医用碳/碳复合材料易磨损的问题，同时借助扫描...
【文章来源】：南京航空航天大学江苏省 211工程院校
【文章页数】：146 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
目录
第一章 绪论
1.1 引言
1.2 碳/碳复合材料简介
1.3 骨组织替换医用碳/碳复合材料及其羟基磷灰石表面改性
1.3.1 医用碳/碳复合材料
1.3.2 医用碳/碳复合材料的表面羟基磷灰石生物活性改性
1.3.3 医用碳/碳复合材料的摩擦性能研究
1.3.4 医用碳/碳复合材料个体化人工骨的制备
1.4 放射治疗简介及金属植入物对放射治疗的影响
1.4.1 放射治疗简介
1.4.2 金属植入物对放射治疗的影响
1.5 选题背景及研究内容
第二章 碳/碳复合材料的生物学安全性评价研究及应用基础研究
2.1 引言
2.2 实验材料
2.2.1 细胞类型
2.2.2 主要试剂
2.2.3 碳/碳复合材料制备
2.2.4 检测设备
2.3 实验方法
2.3.1 生物相容性研究
2.3.2 成骨细胞在碳/碳复合材料表面粘附研究
2.3.3 不同方法制备碳/碳复合材料成分分析及成骨细胞增殖情况
2.4 结果与讨论
2.4.1 生物相容性试验结果与讨论
2.4.2 成骨细胞在碳/碳复合材料表面粘附研究结果与讨论
2.4.3 不同方法制备碳/碳复合材料成分分析及成骨细胞增殖结果与讨论
2.5 结论
第三章 医用碳/碳复合材料表面梯度 CVD 热解碳涂层的摩擦性能研究
3.1 引言
3.2 实验部分
3.2.1 医用碳/碳复合材料表面梯度 CVD 热解碳涂层的制备工艺
3.2.2 检测设备
3.2.3 测试方法
3.3 结果与讨论
3.3.1 对梯度 CVD 法制备的碳/碳复合材料的表征
3.3.2 实时摩擦系数
3.3.3 摩擦的表面磨损形貌
3.3.4 讨论
3.4 结论
第四章 等离子预处理的碳/碳复合材料等离子喷涂制备羟基磷灰石涂层及体内外生物效应研究
4.1 引言
4.1.1 研究背景
4.1.2 辉光放电等离子体表面处理
4.1.3 研究内容
4.2 实验材料及方法
4.2.1 医用碳/碳复合材料
4.2.2 羟基磷灰石颗粒的制备
4.2.3 氩气等离子体预处理碳/碳复合材料
4.2.4 等离子喷涂制备羟基磷灰石涂层
4.2.5 结构表征与性能测试
4.2.6 碳/碳复合材料羟基磷灰石涂层体内生物活性研究
4.2.7 成骨细胞在碳/碳复合材料羟基磷灰石涂层表面的体外实验
4.3 结果与讨论
4.3.1 羟基磷灰石颗粒的形貌及 X 射线衍射图谱
4.3.2 等离子预处理的碳/碳复合材料形貌及红外光谱
4.3.3 等离子喷涂羟基磷灰石涂层的表征
4.3.4 划痕试验
4.3.5 碳/碳复合材料羟基磷灰石涂层体内生物活性研究结果
4.3.6 成骨细胞在碳/碳复合材料羟基磷灰石涂层表面的体外实验结果
4.3.7 讨论
4.4 结论
第五章 碳/碳复合材料人工骨在放射治疗中的剂量学研究
5.1 引言
5.1.1 目前植入物对放射治疗的影响
5.1.2 射线与物质的相互作用
5.1.3 蒙特卡罗方法与目前计划系统常用的剂量计算方法
5.1.4 研究问题
5.2 实验方法
5.2.1 加速器模型的建立及蒙特卡罗模拟计算
5.2.2 加速器百分深度剂量测量
5.2.3 用实测法验证蒙特卡罗方法计算的准确性
5.2.4 植入物对放射影像质量的影响
5.2.5 放射治疗计划的计算与设计
5.2.6 碳/碳复合材料植入物接受放射治疗后力学性能研究
5.3 结果与讨论
5.3.1 蒙特卡罗模拟结果
5.3.2 蒙特卡罗模拟结果与实际测量结果比较
5.3.3 不同材质的植入物 X 线影像和 CT 影像
5.3.4 比较不同植入物的放射治疗计划
5.3.5 碳/碳复合材料植入物接受放射治疗后力学性能比较研究结果
5.3.6 讨论
5.4 结论
第六章 个体化碳/碳复合材料人工骨的初步制备及应用
6.1 引言
6.1.1 个体化碳/碳复合材料人工骨
6.1.2 研究的创新点及解决的问题
6.2 实验部分
6.2.1 个体化碳/碳复合材料人工骨制备
6.2.2 动物实验
6.3 结果与讨论
6.3.1 人工肱骨及肱骨头的三维重建及制备
6.3.2 手术效果的可视化评估
6.3.3 手术效果
6.3.4 讨论
6.4 结论
第七章 总结与展望
7.1 总结
7.2 创新点
7.3 展望
参考文献
致谢
在学期间的研究成果及发表的学术论文
附录
【参考文献】：
期刊论文
[1]医用高分子材料及其相关产品的临床应用[J]. 中国组织工程研究与临床康复. 2011(47)
[2]铝对人体的毒性及相关食品安全问题研究进展[J]. 庞洁. 内科. 2011(05)
[3]个体化人工骨外形的三维建模技术及应用[J]. 杨立军,齐艳梅,党新安,王丽丽,周廉. 青岛大学学报(工程技术版). 2011(03)
[4]不同骨科植入物对放射治疗的影响[J]. 倪昕晔,汤晓斌,林涛,宋浩磊,孙苏平,陈达. 中国生物医学工程学报. 2011(04)
[5]CT能谱成像技术减除金属植入物伪影的定量实验研究[J]. 李晓莉,冯卫华,董诚,陈海松,曹会志,徐文坚. 中华放射学杂志. 2011 (08)
[6]CT能谱成像在消除金属移植物伪影中的应用价值[J]. 惠萍,王新江,崔志鹏,孙红,李天文,姚洪祥,曹会志. 中华放射学杂志. 2011 (08)
[7]铬离子对孕鼠的生理和生殖毒性[J]. 张文彬,刘璠. 安徽医学. 2011(04)
[8]基于快速成型技术制作个体化下颌人工骨的临床应用[J]. 吴纪楠,龚振宇,陈觉尧,陈俊兰,王千,许志杰,郑巧仪,刘亚雄,王忠东. 中华口腔医学研究杂志(电子版). 2011(02)
[9]碳/碳复合材料概述[J]. 张慧茹. 合成纤维. 2011(01)
[10]背向散射因子在放射治疗中的作用[J]. 倪昕晔,汤晓斌,刘云鹏,孙苏平,宋浩磊,陈达. 辐射防护. 2011(01)
博士论文
[1]表面改性医用碳/碳复合材料及其性能研究[D]. 曹宁.山东大学 2010
[2]碳/碳复合材料刚度与强度预测模型研究[D]. 袁辉.南京航空航天大学 2009
[3]氟、镉对骨的效应[D]. 钱海雷.复旦大学 2006
[4]bFGF对在钛片上复合培养的成骨细胞整合素表达的影响[D]. 夏露.四川大学 2006
[5]声电化学法制备碳/碳复合材料磷酸钙生物活性涂层研究[D]. 熊信柏.西北工业大学 2004
本文编号：3164217
【文章来源】：南京航空航天大学江苏省 211工程院校
【文章页数】：146 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
目录
第一章 绪论
1.1 引言
1.2 碳/碳复合材料简介
1.3 骨组织替换医用碳/碳复合材料及其羟基磷灰石表面改性
1.3.1 医用碳/碳复合材料
1.3.2 医用碳/碳复合材料的表面羟基磷灰石生物活性改性
1.3.3 医用碳/碳复合材料的摩擦性能研究
1.3.4 医用碳/碳复合材料个体化人工骨的制备
1.4 放射治疗简介及金属植入物对放射治疗的影响
1.4.1 放射治疗简介
1.4.2 金属植入物对放射治疗的影响
1.5 选题背景及研究内容
第二章 碳/碳复合材料的生物学安全性评价研究及应用基础研究
2.1 引言
2.2 实验材料
2.2.1 细胞类型
2.2.2 主要试剂
2.2.3 碳/碳复合材料制备
2.2.4 检测设备
2.3 实验方法
2.3.1 生物相容性研究
2.3.2 成骨细胞在碳/碳复合材料表面粘附研究
2.3.3 不同方法制备碳/碳复合材料成分分析及成骨细胞增殖情况
2.4 结果与讨论
2.4.1 生物相容性试验结果与讨论
2.4.2 成骨细胞在碳/碳复合材料表面粘附研究结果与讨论
2.4.3 不同方法制备碳/碳复合材料成分分析及成骨细胞增殖结果与讨论
2.5 结论
第三章 医用碳/碳复合材料表面梯度 CVD 热解碳涂层的摩擦性能研究
3.1 引言
3.2 实验部分
3.2.1 医用碳/碳复合材料表面梯度 CVD 热解碳涂层的制备工艺
3.2.2 检测设备
3.2.3 测试方法
3.3 结果与讨论
3.3.1 对梯度 CVD 法制备的碳/碳复合材料的表征
3.3.2 实时摩擦系数
3.3.3 摩擦的表面磨损形貌
3.3.4 讨论
3.4 结论
第四章 等离子预处理的碳/碳复合材料等离子喷涂制备羟基磷灰石涂层及体内外生物效应研究
4.1 引言
4.1.1 研究背景
4.1.2 辉光放电等离子体表面处理
4.1.3 研究内容
4.2 实验材料及方法
4.2.1 医用碳/碳复合材料
4.2.2 羟基磷灰石颗粒的制备
4.2.3 氩气等离子体预处理碳/碳复合材料
4.2.4 等离子喷涂制备羟基磷灰石涂层
4.2.5 结构表征与性能测试
4.2.6 碳/碳复合材料羟基磷灰石涂层体内生物活性研究
4.2.7 成骨细胞在碳/碳复合材料羟基磷灰石涂层表面的体外实验
4.3 结果与讨论
4.3.1 羟基磷灰石颗粒的形貌及 X 射线衍射图谱
4.3.2 等离子预处理的碳/碳复合材料形貌及红外光谱
4.3.3 等离子喷涂羟基磷灰石涂层的表征
4.3.4 划痕试验
4.3.5 碳/碳复合材料羟基磷灰石涂层体内生物活性研究结果
4.3.6 成骨细胞在碳/碳复合材料羟基磷灰石涂层表面的体外实验结果
4.3.7 讨论
4.4 结论
第五章 碳/碳复合材料人工骨在放射治疗中的剂量学研究
5.1 引言
5.1.1 目前植入物对放射治疗的影响
5.1.2 射线与物质的相互作用
5.1.3 蒙特卡罗方法与目前计划系统常用的剂量计算方法
5.1.4 研究问题
5.2 实验方法
5.2.1 加速器模型的建立及蒙特卡罗模拟计算
5.2.2 加速器百分深度剂量测量
5.2.3 用实测法验证蒙特卡罗方法计算的准确性
5.2.4 植入物对放射影像质量的影响
5.2.5 放射治疗计划的计算与设计
5.2.6 碳/碳复合材料植入物接受放射治疗后力学性能研究
5.3 结果与讨论
5.3.1 蒙特卡罗模拟结果
5.3.2 蒙特卡罗模拟结果与实际测量结果比较
5.3.3 不同材质的植入物 X 线影像和 CT 影像
5.3.4 比较不同植入物的放射治疗计划
5.3.5 碳/碳复合材料植入物接受放射治疗后力学性能比较研究结果
5.3.6 讨论
5.4 结论
第六章 个体化碳/碳复合材料人工骨的初步制备及应用
6.1 引言
6.1.1 个体化碳/碳复合材料人工骨
6.1.2 研究的创新点及解决的问题
6.2 实验部分
6.2.1 个体化碳/碳复合材料人工骨制备
6.2.2 动物实验
6.3 结果与讨论
6.3.1 人工肱骨及肱骨头的三维重建及制备
6.3.2 手术效果的可视化评估
6.3.3 手术效果
6.3.4 讨论
6.4 结论
第七章 总结与展望
7.1 总结
7.2 创新点
7.3 展望
参考文献
致谢
在学期间的研究成果及发表的学术论文
附录
【参考文献】：
期刊论文
[1]医用高分子材料及其相关产品的临床应用[J]. 中国组织工程研究与临床康复. 2011(47)
[2]铝对人体的毒性及相关食品安全问题研究进展[J]. 庞洁. 内科. 2011(05)
[3]个体化人工骨外形的三维建模技术及应用[J]. 杨立军,齐艳梅,党新安,王丽丽,周廉. 青岛大学学报(工程技术版). 2011(03)
[4]不同骨科植入物对放射治疗的影响[J]. 倪昕晔,汤晓斌,林涛,宋浩磊,孙苏平,陈达. 中国生物医学工程学报. 2011(04)
[5]CT能谱成像技术减除金属植入物伪影的定量实验研究[J]. 李晓莉,冯卫华,董诚,陈海松,曹会志,徐文坚. 中华放射学杂志. 2011 (08)
[6]CT能谱成像在消除金属移植物伪影中的应用价值[J]. 惠萍,王新江,崔志鹏,孙红,李天文,姚洪祥,曹会志. 中华放射学杂志. 2011 (08)
[7]铬离子对孕鼠的生理和生殖毒性[J]. 张文彬,刘璠. 安徽医学. 2011(04)
[8]基于快速成型技术制作个体化下颌人工骨的临床应用[J]. 吴纪楠,龚振宇,陈觉尧,陈俊兰,王千,许志杰,郑巧仪,刘亚雄,王忠东. 中华口腔医学研究杂志(电子版). 2011(02)
[9]碳/碳复合材料概述[J]. 张慧茹. 合成纤维. 2011(01)
[10]背向散射因子在放射治疗中的作用[J]. 倪昕晔,汤晓斌,刘云鹏,孙苏平,宋浩磊,陈达. 辐射防护. 2011(01)
博士论文
[1]表面改性医用碳/碳复合材料及其性能研究[D]. 曹宁.山东大学 2010
[2]碳/碳复合材料刚度与强度预测模型研究[D]. 袁辉.南京航空航天大学 2009
[3]氟、镉对骨的效应[D]. 钱海雷.复旦大学 2006
[4]bFGF对在钛片上复合培养的成骨细胞整合素表达的影响[D]. 夏露.四川大学 2006
[5]声电化学法制备碳/碳复合材料磷酸钙生物活性涂层研究[D]. 熊信柏.西北工业大学 2004
本文编号：3164217
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