羟基磷灰石微纳米纤维的制备及其微观力学与生物学行为
发布时间：2021-07-08 16:43
人口健康是社会可持续发展的基本保障,作为人口大国之一,我国对生物医用材料的渴求巨大。羟基磷灰石（Ca10（PO4）6（OH）2,HA）具备许多优异的生物学特性,一直以来是骨组织缺陷的修复和骨再生领域内应用最为广泛的无机生物材料,然而力学性能差这一致命缺陷极大地限制了其在承重领域内的应用。纤维状的HA可依靠桥梁连接、裂纹偏转和拉出效应等吸收能量,减轻裂纹尖端的集中应力,直接作为多孔骨块和缺陷填料或通过与可降解聚合物复合协同增进细胞功能并刺激新组织的再生,是一种极具潜力的植入材料。HA良好的吸附能力容易导致细菌在其表面附着与繁殖,银掺杂HA微纳米纤维的制备可在增强HA基生物材料力学性能的同时提高其抗菌性,避免感染,使骨组织替代材料长期有效的在人体内发挥作用,拥有十分广阔的应用前景。本研究将单晶的高强度、纤维的增韧作用与磷酸钙盐类的生物活性相结合,采用水热均相沉淀法制备了高长径比、高柔韧性、连续均一的多层带状HA微纳米纤维,并且将银离子掺入到HA晶格内部赋予了纤维自抗菌功能。此外,通过添加pH调节剂、表面活性剂、模板剂、螯合剂和氨基酸大分子等物质实现了对HA纤维生长的调控。使用原位透射电子显...
【文章来源】：山东大学山东省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：186 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
生物材料的发展历程图}a}FigureI-1Agraphofthedevelop
磷酸钙盐中ＨＡ是体液内热力学最为稳定的结晶相，跟骨的矿物部分最为相似。??实际上，天然的磷酸钙盐通常是碳酸化的或者是缺钙的ＨＡ（Ｃａ／Ｐ比小于１．６７）。??胶原蛋白使骨骼具有弹性抵抗性，是矿物质沉积和生长的基质。图１－２为不同尺??度下典型骨的层次结构示意图，圆框所示为皮质或密质骨的横截面的显微组织，??结构框架是胶原纤维，由矿化的束状胶原纤维组成。胶原纤维主要是承受拉力，??而骨磷灰石提供刚度抗压。ＨＡ与纤维状的胶原蛋白以自组装的形式构成有序的??多级分层结构，从而满足生物体各项生理机能１１５］。??Ｗｈｏｌｅ?ｂｏｎｅ?Ｔｉｓｓｕｅ?ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ?Ｍｉｃｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒｏ?Ｎａｎｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅ??（ｆ????Ｏｓｔｅｏｎ?｛Ｈａｖｅｒｓｉａｎ?ｓｙｓｔｅｍ）?Ｉ??／?蠢德?Ｉ?ｉｌｌ??Ｌａｍｅｌｌａｅ?（－?７?ｐｍ）?１??Ｍｊｍｇ?Ｈｙｄｒｏｘｙａｐａｔｒｉｅ??ｊｍ?Ｃｏｌｌａｇｅｎ?ｆｉｂｒｉｌｓ?（￣?５０?ｎｍ）?ｊ?（￣?５０?＊?２５Ｍ?２?ｎｍ）??＾?ｉ?＇ｉ?ｐ〇ｎ〇ｓｔｅｕｍ?響靥??Ｓｐｏｎｇｙ?ｂｏｎｅ?＊?Ｉ?，?ｊＪ?＾?Ｃｏｌｌａｇｅｎ?ｆｉｂｅｒ?（－?５?ｐｎ＾）?＇Ｘｆｌｌｔ?ｊｊＡ??ｆｆＷ?Ｉ??ｊ｜ｐｐ?Ｃｏｌｌａｇｅｎ?ｍｏｌｅｃｕｌｅｓ?Ｊ?／／＼??Ｃｏｍｐａｃｔ?ｂｏｎｅ?Ｈｙｄｒｏｘｙａｐａｔｉｔｅ?ｃｒｙｓｔａｌｓ?｜?Ｃｏｌｌａｇｅｎ?ｔｒｉｐｌｅ?ｈｅｌｉｘ??Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｉｃ?ｖｉｅｗ?（－?３００?＊?１
常由两个单价阴离子占据（主要是ＯＨ，Ｆ＇?Ｃ１?），某些情况下也可被二价的??Ｃ０＃占据。大尺寸的Ｃａ（ＩＩ）三角形使得离子可以沿ｃ轴方向运动，由六个Ｐ０，??阴离子配合完成，其中每个磷原子与四个氧原子配位；图１－３为ＨＡ晶体结构的??模型图，ＨＡ是六方结构，晶格常数（ａ＝ｂ＝０．９１４８?ｎｍ，?ｃ＝０．６８８４?ｎｍ），空间群??〃。良好生物相容性、骨融合性和生物活性，使ＨＡ成为骨置换和再生的最??佳选择。此外，ＨＡ在ｐＨ值为４．２－８的水溶液中的稳定性优于其他ＣａＰ相。??１?ＩｃＭ?？?９〇ｈ??图１－３?ＨＡ晶体结构模型图Ｌ５３】??Ｆｉｇｕｒｅ?１－３?Ｃｒｙｓｔａｌ?ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ?ｍｏｄｅｌ?ｏｆ?ＨＡ??１．４．２?ＨＡ纤维的制备方法??目前，制备的ＨＡ纤维主要是晶须状和纳米线状。通常的合成方法有两大类：??千法（两个小类）和湿法（五个小类），如表１－４所示。??９??
【参考文献】：
期刊论文
[1]生物材料和再生医学的进展[J]. 冯刚. 现代经济信息. 2017(17)
[2]生物医用材料的发展现状[J]. 王喆. 西部皮革. 2017(12)
[3]表面活性剂对羟基磷灰石纤维形貌的影响[J]. 齐美丽,亓佳,肖桂勇,吕宇鹏. 无机材料学报. 2016(07)
[4]磷酸钙纳米结构材料的微波辅助液相合成[J]. 陈峰,朱英杰. 化学进展. 2015(05)
[5]应变加载下Si纳米线电输运性能的原位电子显微学研究[J]. 王疆靖,邵瑞文,邓青松,郑坤. 物理学报. 2014(11)
[6]生物医用复合材料的研究进展[J]. 于成,赵卫生,贾伟. 玻璃钢/复合材料. 2012(02)
[7]Thermal decomposition and mechanical properties of hydroxyapatite ceramic[J]. 杨春,郭英奎,张密林. Transactions of Nonferrous Metals Society of China. 2010(02)
[8]In vitro antibacterial and osteogenic properties of plasma sprayed silver-containing hydroxyapatite coating[J]. RUAN HongJiang1, FAN CunYi1, ZHENG XueBin2, ZHANG Yan1 & CHEN YiKai1 1 Department of Orthopaedics, Shanghai 6th People’s Hospital, Shanghai Jiaotong University, Shanghai 200233, China; 2 Shanghai Institute of Ceramics, Chinese Academy of Sciences, Shanghai 200050, China. Chinese Science Bulletin. 2009(23)
[9]生物陶瓷的应用和研究现状[J]. 谈国强,贺中亮,刘剑. 陶瓷. 2008(09)
[10]尿素加入量对水热合成法制备Mn取代六铝酸盐催化剂的影响[J]. 徐金光,田志坚,王军威,徐云鹏,徐竹生,林励吾. 高等学校化学学报. 2004(01)
博士论文
[1]非晶磷酸钙/磷灰石烧结体的组织结构及其力学和溶解行为[D]. 胡晓霞.山东大学 2014
[2]低维单体纳米材料原位变形方法及其力学行为的研究[D]. 岳永海.北京工业大学 2012
硕士论文
[1]表面活性剂对羟基磷灰石纳米线合成的影响研究[D]. 高珊.山东大学 2012
[2]羟基磷灰石纤维的合成及与氧化锆纳米粉的复合[D]. 于倩.哈尔滨工业大学 2011
[3]球状羟基磷灰石的生物矿化合成研究[D]. 邱超凡.福建师范大学 2007
本文编号：3271948
【文章来源】：山东大学山东省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：186 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
生物材料的发展历程图}a}FigureI-1Agraphofthedevelop
磷酸钙盐中ＨＡ是体液内热力学最为稳定的结晶相，跟骨的矿物部分最为相似。??实际上，天然的磷酸钙盐通常是碳酸化的或者是缺钙的ＨＡ（Ｃａ／Ｐ比小于１．６７）。??胶原蛋白使骨骼具有弹性抵抗性，是矿物质沉积和生长的基质。图１－２为不同尺??度下典型骨的层次结构示意图，圆框所示为皮质或密质骨的横截面的显微组织，??结构框架是胶原纤维，由矿化的束状胶原纤维组成。胶原纤维主要是承受拉力，??而骨磷灰石提供刚度抗压。ＨＡ与纤维状的胶原蛋白以自组装的形式构成有序的??多级分层结构，从而满足生物体各项生理机能１１５］。??Ｗｈｏｌｅ?ｂｏｎｅ?Ｔｉｓｓｕｅ?ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ?Ｍｉｃｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒｏ?Ｎａｎｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅ??（ｆ????Ｏｓｔｅｏｎ?｛Ｈａｖｅｒｓｉａｎ?ｓｙｓｔｅｍ）?Ｉ??／?蠢德?Ｉ?ｉｌｌ??Ｌａｍｅｌｌａｅ?（－?７?ｐｍ）?１??Ｍｊｍｇ?Ｈｙｄｒｏｘｙａｐａｔｒｉｅ??ｊｍ?Ｃｏｌｌａｇｅｎ?ｆｉｂｒｉｌｓ?（￣?５０?ｎｍ）?ｊ?（￣?５０?＊?２５Ｍ?２?ｎｍ）??＾?ｉ?＇ｉ?ｐ〇ｎ〇ｓｔｅｕｍ?響靥??Ｓｐｏｎｇｙ?ｂｏｎｅ?＊?Ｉ?，?ｊＪ?＾?Ｃｏｌｌａｇｅｎ?ｆｉｂｅｒ?（－?５?ｐｎ＾）?＇Ｘｆｌｌｔ?ｊｊＡ??ｆｆＷ?Ｉ??ｊ｜ｐｐ?Ｃｏｌｌａｇｅｎ?ｍｏｌｅｃｕｌｅｓ?Ｊ?／／＼??Ｃｏｍｐａｃｔ?ｂｏｎｅ?Ｈｙｄｒｏｘｙａｐａｔｉｔｅ?ｃｒｙｓｔａｌｓ?｜?Ｃｏｌｌａｇｅｎ?ｔｒｉｐｌｅ?ｈｅｌｉｘ??Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｉｃ?ｖｉｅｗ?（－?３００?＊?１
常由两个单价阴离子占据（主要是ＯＨ，Ｆ＇?Ｃ１?），某些情况下也可被二价的??Ｃ０＃占据。大尺寸的Ｃａ（ＩＩ）三角形使得离子可以沿ｃ轴方向运动，由六个Ｐ０，??阴离子配合完成，其中每个磷原子与四个氧原子配位；图１－３为ＨＡ晶体结构的??模型图，ＨＡ是六方结构，晶格常数（ａ＝ｂ＝０．９１４８?ｎｍ，?ｃ＝０．６８８４?ｎｍ），空间群??〃。良好生物相容性、骨融合性和生物活性，使ＨＡ成为骨置换和再生的最??佳选择。此外，ＨＡ在ｐＨ值为４．２－８的水溶液中的稳定性优于其他ＣａＰ相。??１?ＩｃＭ?？?９〇ｈ??图１－３?ＨＡ晶体结构模型图Ｌ５３】??Ｆｉｇｕｒｅ?１－３?Ｃｒｙｓｔａｌ?ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ?ｍｏｄｅｌ?ｏｆ?ＨＡ??１．４．２?ＨＡ纤维的制备方法??目前，制备的ＨＡ纤维主要是晶须状和纳米线状。通常的合成方法有两大类：??千法（两个小类）和湿法（五个小类），如表１－４所示。??９??
【参考文献】：
期刊论文
[1]生物材料和再生医学的进展[J]. 冯刚. 现代经济信息. 2017(17)
[2]生物医用材料的发展现状[J]. 王喆. 西部皮革. 2017(12)
[3]表面活性剂对羟基磷灰石纤维形貌的影响[J]. 齐美丽,亓佳,肖桂勇,吕宇鹏. 无机材料学报. 2016(07)
[4]磷酸钙纳米结构材料的微波辅助液相合成[J]. 陈峰,朱英杰. 化学进展. 2015(05)
[5]应变加载下Si纳米线电输运性能的原位电子显微学研究[J]. 王疆靖,邵瑞文,邓青松,郑坤. 物理学报. 2014(11)
[6]生物医用复合材料的研究进展[J]. 于成,赵卫生,贾伟. 玻璃钢/复合材料. 2012(02)
[7]Thermal decomposition and mechanical properties of hydroxyapatite ceramic[J]. 杨春,郭英奎,张密林. Transactions of Nonferrous Metals Society of China. 2010(02)
[8]In vitro antibacterial and osteogenic properties of plasma sprayed silver-containing hydroxyapatite coating[J]. RUAN HongJiang1, FAN CunYi1, ZHENG XueBin2, ZHANG Yan1 & CHEN YiKai1 1 Department of Orthopaedics, Shanghai 6th People’s Hospital, Shanghai Jiaotong University, Shanghai 200233, China; 2 Shanghai Institute of Ceramics, Chinese Academy of Sciences, Shanghai 200050, China. Chinese Science Bulletin. 2009(23)
[9]生物陶瓷的应用和研究现状[J]. 谈国强,贺中亮,刘剑. 陶瓷. 2008(09)
[10]尿素加入量对水热合成法制备Mn取代六铝酸盐催化剂的影响[J]. 徐金光,田志坚,王军威,徐云鹏,徐竹生,林励吾. 高等学校化学学报. 2004(01)
博士论文
[1]非晶磷酸钙/磷灰石烧结体的组织结构及其力学和溶解行为[D]. 胡晓霞.山东大学 2014
[2]低维单体纳米材料原位变形方法及其力学行为的研究[D]. 岳永海.北京工业大学 2012
硕士论文
[1]表面活性剂对羟基磷灰石纳米线合成的影响研究[D]. 高珊.山东大学 2012
[2]羟基磷灰石纤维的合成及与氧化锆纳米粉的复合[D]. 于倩.哈尔滨工业大学 2011
[3]球状羟基磷灰石的生物矿化合成研究[D]. 邱超凡.福建师范大学 2007
本文编号：3271948
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