可生物降解磷酸鈣及復(fù)合材料的制備及性能研究.pdf

1、磷酸鈣由于其在化學(xué)組成和生物性能上與骨骼無機相具有相似性而廣泛地應(yīng)用作骨組織替代材料。目前對磷酸鈣的研究熱點之一是其可生物降解性的應(yīng)用,比如骨組織工程支架材料、控釋載體等。在不同的應(yīng)用用途和植入環(huán)境等對磷酸鈣材料的生物降解速率要求不同,而目前已有磷酸鈣材料的生物降解速率可調(diào)節(jié)程度很小。因此,研究和開發(fā)出生物降解速率可調(diào)節(jié)的磷酸鈣材料已成為當(dāng)前生物材料界一個具有挑戰(zhàn)性的課題。在磷酸鈣材料中,羥基磷灰石(HA)與骨組織的無機相晶相組成相同,

2、與人體組織有良好的生物相容性,與骨組織可發(fā)生直接的化學(xué)鍵合(即生物活性),但完全化學(xué)計量比的HA幾乎無生物降解能力。磷酸三鈣(TCP)與正常骨組織的鈣磷比很接近,具有較好的生物相容性,與骨結(jié)合性好,無排異反應(yīng)。TCP具有與HA不同的生物性能,最大的區(qū)別就是TCP可以發(fā)生生物降解,植入體內(nèi)可以被生物吸收,并且α-TCP的溶解速率大于β-TCP。要使磷酸鈣具有生物降解能力可調(diào)性,將上述幾種材料復(fù)合成雙相磷酸鈣是一種有效途徑。按生物環(huán)境下磷酸

3、鈣實際降解過程的要求,不同晶相的晶粒應(yīng)形成一個納米結(jié)構(gòu)化的團簇(即在幾百納米范圍內(nèi)各相均勻分布的納米晶粒團聚體),這樣才能有效地發(fā)揮出復(fù)相調(diào)節(jié)生物降解速率的效能。因此,本論文采用將不同生物降解速率的磷酸鈣形成納米結(jié)構(gòu)化復(fù)相材料以及與單相磷酸鈣相結(jié)合的研究思路,來實現(xiàn)磷酸鈣材料的生物降解速率在一定范圍內(nèi)、連續(xù)調(diào)節(jié)的目的。通過形成Ca/P比可控的無定形磷酸鈣先驅(qū)體,經(jīng)動力學(xué)上控制(如熱處理)的技術(shù)路線,制備出所需單相磷酸鈣和納米結(jié)構(gòu)化復(fù)相磷

4、酸鈣材料。在此基礎(chǔ)上,本文對無定形磷酸鈣,單相磷酸鈣,納米結(jié)構(gòu)化復(fù)相磷酸鈣材料的形成機理、表面改性、生物降解特性、與聚乳酸復(fù)合形成致密和多孔材料等方面進行了系統(tǒng)的研究。本論文在下列方面開展了研究:1.無定形磷酸鈣制備及其形成機理研究通過合成聚合物的加入和沉淀反應(yīng)的低溫進行,對反應(yīng)體系實施動力學(xué)因素的控制,成功地合成出Ca/P比可控的無定形磷酸鈣。浙江大學(xué)博士學(xué)位論文實驗結(jié)果表明合成聚合物的種類、聚合物的添加量、反應(yīng)前的Calp比、反應(yīng)P

5、H值、反應(yīng)物種類以及添加碳酸根等都會對無定形磷酸鈣形成產(chǎn)生影響。合成無定形磷酸鈣的最佳條件是為初始反應(yīng)PH值為10、添加聚合物為分子量為llxM均的PEG(聚乙二醇),添加量為PEG:caz+為1:1;在PH大于7以上都可以獲得ACpO無定形磷酸鈣顆粒的尺度為40陽1(X him。通過改變反應(yīng)PH值可以使ACp的C別,比在1.34-1.50之間調(diào)節(jié);添加碳酸根可以使ACP的C劍甲比在1.5卜1.67之間調(diào)節(jié)。 ACP的形成機理研究表明:

6、聚合物先和鈣離子發(fā)生絡(luò)合作用形成聚合物一鈣離子絡(luò)合物,然后再與磷酸根發(fā)生沉淀反應(yīng)生成無定形磷酸鈣;這樣,一部分聚合物替代無定形磷酸鈣團簇之間結(jié)合水的聚合物,可以有效地阻礙C匆(I’O4)‘或C卻叼(Po咖(C偽入團簇中原子的自我排列和離子的遷移、交換,也就是阻礙了磷灰石晶核的形成;一部分聚合物吸附在無定形磷酸鈣顆粒周圍、一定程度上影響無定形磷酸鈣的溶解;因此,有效地阻礙了ACP在水溶液中向磷灰石的轉(zhuǎn)變。在較低PH值的環(huán)境下,部分叩護一發(fā)

7、生質(zhì)子化(形成了HPo擴),降低了AcP的C日,比,形成了具有[c呼五”任于o為田O4為一伽l班峨幻.閱[I2o)結(jié)構(gòu)、低C砰比的ACP。添加的碳酸根體系中,碳酸根進入了無定形磷酸鈣的結(jié)構(gòu)形成了具有【Ca(9以po月沁(C偽舔·咖l卿喲械H20),結(jié)構(gòu)的、高C別甲比的CACp,碳酸根起到調(diào)節(jié)C砰比的作用。本文的ACP制備技術(shù)顯示出方便而有效,這種方法是首次報道。2.單相磷酸鈣和納米結(jié)構(gòu)化復(fù)相材料的制備及其形成機理研究論文依據(jù)微晶玻璃的形

8、成原理,以不同C田甲比的無定形磷酸鈣為先驅(qū)體,經(jīng)過動力學(xué)上的控制形成單相或復(fù)相磷酸鈣;利用無定形磷酸鈣初次顆粒具有40～10(沁m的特點,保證能形成具有均勻調(diào)控性能的、納米結(jié)構(gòu)化的復(fù)相磷酸鈣顆粒。將Ca/P比為1.5的ACP經(jīng)800℃、3小時熱處理后可獲得a一CP單相粉末,顆粒尺寸為20(Inm;經(jīng)90(】℃、3小時熱處理后可獲得p一TCP單相粉末,顆粒尺寸為300nm。將C砰比為1.5的AcP在800～90()℃范圍內(nèi)3小時熱處理后,

9、可形成a/p~TCp雙相粉末,其p一cP相含量隨溫度升高從O％至100%任意可調(diào)。將由碳酸根加入引起Ca/P比不同的ACP在800℃、3小時熱處理法后可獲得兩相含量浙江大學(xué)博士學(xué)位論文不同的a.TCD”A復(fù)相粉末。當(dāng)碳酸根加入量＜l smol%(碳酸根相對于磷酸根的摩爾比),只能形成a.TCP單相粉末,其顆粒尺寸為200nm;當(dāng)碳酸根加入量場0 mol%,只能形成HA單相粉末,其顆粒尺寸為100nm以下;當(dāng)碳酸根加入量15 m01%~6