多種形態(tài)和孔隙結(jié)構(gòu)羥基磷灰石陶瓷制備技術(shù).pdf

1、羥基磷灰石(HA)的分子結(jié)構(gòu)和鈣磷比與正常骨的無機(jī)成分非常近似，能與活體組織形成化學(xué)性鍵合，是目前國際上公認(rèn)的適用于臨床應(yīng)用的生物活性陶瓷材料。但是由于HA陶瓷的脆性，其力學(xué)強(qiáng)度無法滿足體內(nèi)承力部位植入的需要，大大限制了它的臨床應(yīng)用。因此，改善HA陶瓷的力學(xué)性能至關(guān)重要。除了作為組織工程支架材料外，不同形態(tài)及孔隙結(jié)構(gòu)的HA還廣泛應(yīng)用于離子交換、催化劑載體、生物醫(yī)藥等領(lǐng)域。
　　本文采用溶膠凝膠法制備了多孔球粒、致密球粒、纖維堆積型

2、支架等一系列不同形態(tài)及孔隙結(jié)構(gòu)的HA陶瓷制品;通過自粘結(jié)和自充填工藝改善了HA支架的力學(xué)性能;采用體式顯微鏡(SM)、掃描電子顯微鏡(SEM)、X射線衍射儀(XRD)、抗壓強(qiáng)度測(cè)試等分析手段，系統(tǒng)地研究了不同形態(tài)及孔隙結(jié)構(gòu)HA陶瓷的性能;通過體內(nèi)和體外實(shí)驗(yàn)比較評(píng)價(jià)了其生物學(xué)性能。獲得的主要結(jié)論如下:
　　(1)以沉淀法制備出的納米HA漿料為原料，采用溶膠凝膠法成功地制備了尺寸為150-1500μm的多孔和致密HA球粒。多孔球粒的孔

3、隙率約為20％，抗壓強(qiáng)度6.9±0.3 MPa;致密球?？紫堵蕿?.7±0.6％，抗壓強(qiáng)度為8.9±0.4 MPa。
　　(2)改變HA加入量、攪拌速率、攪拌時(shí)間和攪拌溫度以研究工藝參數(shù)對(duì)球粒性能和形態(tài)的影響。攪拌速率是影響HA球粒尺寸和球形度的最大因素，球粒的微結(jié)構(gòu)主要受初始HA漿料加入量的影響，其他工藝參數(shù)對(duì)其幾乎沒有影響，結(jié)合粒子濾除等造孔方法可以控制多孔 HA球粒的孔隙結(jié)構(gòu)。保持其它制備條件不變時(shí)，隨著攪拌速率的增大，球粒

4、的平均尺寸明顯減小，球形度變好;同一攪拌速率下，隨著HA負(fù)載量和攪拌溫度的升高球粒的平均尺寸增大，球形度變差;超過2h后，攪拌時(shí)間對(duì)球粒的平均尺寸幾乎沒有影響，但是攪拌時(shí)間越長，球形度越好。
　　(3)以微米級(jí)HA粉體為原料，采用溶膠凝膠法得到凝膠化球粒和纖維。將凝膠化的球粒和纖維進(jìn)行洗滌、干燥和常壓燒結(jié)，最后采用熱等靜壓進(jìn)行二次燒結(jié)得到半透明HA球粒和纖維。半透明HA球粒的致密度為99.1±0.3％，晶粒大小為2.2μm，抗壓強(qiáng)

5、度為10.2±0.4 MPa.
　　(4)對(duì)不同密度的球粒進(jìn)行仿生礦化和間充質(zhì)干細(xì)胞培養(yǎng)。礦化結(jié)果顯示多孔表面生成HA的量高于致密和半透明HA陶瓷，相對(duì)于半透明HA陶瓷，致密HA陶瓷表面上形成的晶體數(shù)量較多，尺寸較小;細(xì)胞培養(yǎng)結(jié)果顯示多孔HA陶瓷上細(xì)胞增殖情況優(yōu)于致密和半透明HA陶瓷，與之相反，細(xì)胞分化水平低于致密和半透明HA陶瓷;三者均具有良好的細(xì)胞相容性，無細(xì)胞毒性。將多孔HA球粒和致密HA球粒堆積成微孔結(jié)構(gòu)不同、宏孔結(jié)構(gòu)相同

6、的多孔支架后，植入狗的腹腔內(nèi)1、3個(gè)月，結(jié)果顯示多孔HA球粒堆積支架的異位成骨情況遠(yuǎn)優(yōu)于致密HA球粒堆積支架。
　　(5)在納米HA漿料中加入海藻酸鈉(SA)制成混合懸浮物，通過針頭擠入到氯化鈣溶液中進(jìn)行凝膠化賦形得到連續(xù)長纖維，將纖維洗凈后堆積到模具中，加壓定型后進(jìn)行燒結(jié)得到貫通性良好的HA纖維堆積多孔支架。將纖維堆積支架的生坯浸入混合懸浮物中抽取真空后離心，得到HA自粘結(jié)纖維多孔支架?？刂漆橆^直徑可以控制HA纖維堆積多孔支架的

7、孔徑，控制壓縮高度可以控制孔隙率。當(dāng)孔隙率為50％時(shí)，自粘附前后多孔支架的抗壓強(qiáng)度分別為2.9±0.4 MPa和13.2±0.6 MPa，力學(xué)性能得到了有效改善。仿生礦化和細(xì)胞實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示纖維支架均具有良好的生物活性，自粘結(jié)工藝處理后的多孔纖維支架具有更為粗糙的表面，細(xì)胞向內(nèi)部長入的趨勢(shì)更加明顯。
　　(6) HA纖維與石蠟球共同加入HA/SA的混合懸浮物中混合均勻，填入模具后浸入氯化鈣溶液中，正己烷浸泡除去石蠟球后用去離子水洗凈