骨修復(fù)用鈣磷多孔陶瓷的制備、性能及改性研究.pdf

1、骨修復(fù)用鈣磷陶瓷一直是國(guó)內(nèi)外生物醫(yī)學(xué)材料領(lǐng)域研究的熱點(diǎn)之一。本文首先采用有機(jī)泡沫浸漬工藝制備了鈣磷多孔陶瓷,然后采用溶膠一凝膠方法和真空滲涂方法在多孔陶瓷基體上分別制備了HA涂層和明膠涂層,研究了涂層對(duì)多孔陶瓷孔隙特征和力學(xué)性能的影響。最后,通過體外模擬和動(dòng)物體內(nèi)植入實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)地評(píng)價(jià)了涂層涂覆前后鈣磷多孔生物陶瓷的生物學(xué)性能。 應(yīng)用有機(jī)泡沫浸漬工藝制備了鈣磷多孔陶瓷,粘結(jié)劑和漿料的固含量影響了漿料在泡沫體上的涂覆質(zhì)量,從而影響多孔

2、陶瓷的成形性。泡沫的網(wǎng)眼密度、燒結(jié)保溫時(shí)間、涂覆次數(shù)則對(duì)多孔陶瓷的孔隙特征和力學(xué)性能有著重要的影響。多孔陶瓷成形的最佳工藝條件為：加入30％的Al2O3-MgO-P2O5磷酸鹽粘結(jié)劑制備漿料,選擇網(wǎng)眼密度為45ppi的泡沫體進(jìn)行浸漬涂覆,經(jīng)過1100℃燒結(jié)2h,得到包含相互連通的大孔、小孔和微孔結(jié)構(gòu)的多孔陶瓷,其大孔孔徑為300～500μm,平均孔隙率為85.9％,壓縮強(qiáng)度為1.04MPa。在不考慮孔徑大小及孔隙連通度等影響因素的條件下

3、,多孔陶瓷的壓縮強(qiáng)度隨孔隙率增加呈指數(shù)關(guān)系遞減,關(guān)系式為σ=792.11e-7.59P。 對(duì)陶瓷燒結(jié)過程的分析表明,1100℃時(shí)陶瓷的體積收縮和相變過程基本完成。燒結(jié)后的多孔陶瓷是一種由β-Ca2P2O7、β-TCP、HA和少量Mga(PO4)2、Al(PO3)3及γ-Ca2P2O7組成的復(fù)相磷酸鹽陶瓷。 離心轉(zhuǎn)速、溶膠濃度、涂覆次數(shù)及熱處理溫度是影響HA涂層質(zhì)量和多孔陶瓷孔隙特征的主要工藝參數(shù)。濃度為0.5mol/L的

4、溶膠,涂覆后經(jīng)400r/min離心處理,550℃燒結(jié)是本研究的最佳處理工藝。在此工藝條件下對(duì)鈣磷多孔陶瓷進(jìn)行一次涂覆,能夠在保持陶瓷原有的大孔結(jié)構(gòu)和高孔隙率(82.3％)的條件下,形成厚度約為15～20μm的涂層。該涂層由低結(jié)晶度的純HA相組成,雖然溶膠涂層處理對(duì)提高鈣磷多孔陶瓷的力學(xué)性能效果不明顯,但低結(jié)晶度的HA涂層改變俄陶瓷表面的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和化學(xué)結(jié)構(gòu),提高了鈣磷陶瓷的表面生物活性,促進(jìn)細(xì)胞在材料表面的早期粘附、增殖和分化,進(jìn)而促進(jìn)材

5、料中新骨的生長(zhǎng),以及新骨與宿主骨的界面結(jié)合。應(yīng)用明膠處理時(shí),多孔陶瓷上的明膠涂覆量隨明膠濃度的增加而增加,但陶瓷的孔隙特征并沒有受到明顯的影響。特別是涂覆5％明膠后,明膠層與多孔陶瓷的孔壁形成了層狀復(fù)合結(jié)構(gòu),這種結(jié)構(gòu)在樣品斷裂時(shí)使裂紋的擴(kuò)展產(chǎn)生偏轉(zhuǎn),從而使得鈣磷多孔陶瓷得到強(qiáng)韌化。樣品的壓縮強(qiáng)度和壓縮模量分別由原來的1.05MPa和0.1GPa增加到5.17MPa和0.325GPa,而且斷裂韌性也有大幅增加,斷裂功從0.31kN/m增加

6、到3.50kN/m。明膠涂層增加了鈣磷陶瓷表面細(xì)胞識(shí)別蛋白分子,也促進(jìn)了細(xì)胞在材料表面的早期粘附、增殖和分化。體外浸泡實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,鈣磷多孔陶瓷在Ringer溶液中的失重隨浸泡時(shí)間的增加而增加,表現(xiàn)出了一定的降解性能。SBF溶液中鈣磷多孔陶表面類骨磷灰石沉積數(shù)量隨著浸泡時(shí)間的延長(zhǎng)不斷增加,表現(xiàn)出良好的生物活性。體外細(xì)胞復(fù)合培養(yǎng)結(jié)果表明,鈣磷多孔陶瓷的孔隙結(jié)構(gòu)適合兔骨髓基質(zhì)干細(xì)胞的長(zhǎng)入,細(xì)胞能夠在鈣磷多孔陶瓷上粘附、生長(zhǎng)、增殖和分化,并分