硅灰石复合磷酸盐骨水泥的制备及其性能研究

摘要

磷酸钙骨水泥(CPC)，是一种新型的人工骨替代材料。CPC由粉剂和调和液组成，当粉剂和液剂调和成浆体后可在室温下自行固化，最后转变成与人体硬组织的结构和成分相似的羟基磷灰石(HA)。由于其具有良好的生物相容性和任意塑形的特点，解决了生物陶瓷成型差的缺点，从而受到国内外生物材料研究者和外科医生的关注。但是，CPC因其强度低而在临床应用上受到了一定的限制，因此，如何提高磷酸钙骨水泥的强度是目前许多学者研究的重要课题。 本论文以氧化钙和二氧化硅为主要原料，采用熔融析晶法合成了硅灰石，并采用不同的粉碎方法对硅灰石进行粉碎，对粉碎工艺进行优化。以磷酸四钙、α-磷酸三钙、磷酸氢钙、碳酸钙、羟基磷灰石和焦磷酸钙为原料，配制了钙磷比为1.50磷酸钙骨水泥基础配方，并在此基础上添加不同量的针状硅灰石粉体，研究其加入量对磷酸钙骨水泥性能的影响。 通过差热分析、XRD、SEM和光学显微镜方法对硅灰石的晶化条件、晶相组成和微观形貌进行了分析。研究不同粉碎方式对硅灰石长径比的影响。实验结果表明：熔融析晶法合成的硅灰石其主晶相为β-CaSiO3。对于不同粉碎方式，经气流磨粉碎后的硅灰石主要为针柱状结构，而介质搅拌磨破坏了硅灰石原有的针状结构，不适合生产大长径比的硅灰石。 利用Gilmore针法测定骨水泥的初凝时间和终凝时间；用PHS-25数显pH计测定Ringer's模拟液溶液的pH值；用微机控制电子万能试验机测定抗压强度；分别用X射线衍射仪(D/MAX-IIIA型)和扫描电子显微镜(S-250MKII型)对样品的物相和显微结构进行分析与观察。 实验结果表明：在磷酸钙骨水泥中添加针状硅灰石可以缩短凝结时间，提高抗压强度。当骨水泥中添加3％的针状硅灰石，其性能达到最佳。其初、终凝时间分别为14min和28min，样品在Ringer's模拟液溶液中浸泡两周后抗压强度为49.23 MPa，同时浸泡溶液的pH值变化幅度小(在7.3～7.8之间)，接近中性；通过XRD和SEM测试结果表明：适量的针状硅灰石促进针状羟基磷灰石的形成，使骨水泥结构更为紧密，从而提高骨水泥固化体的抗压强度。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章引言

第二章文献综述

2.1生物医用材料的发展

2.1.1生物医用材料的意义

2.1.2生物医用材料的种类

2.2骨水泥的发展

2.2.1 PMMA骨水泥

2.2.2玻璃基骨水泥

2.2.3磷酸钙骨水泥

2.3磷酸钙骨水泥的特性

2.3.1磷酸钙骨水泥的理化特性

2.3.2磷酸钙骨水泥的生物学特性

2.3.3对CPC的改性研究

2.4磷酸钙骨水泥固化机理的研究

2.5磷酸钙骨水泥的应用

2.5.1修复骨缺损及骨折的治疗

2.5.2作为药物或生物因子载体的临床应用

2.5.3在骨折固定术中辅助加固

2.5.4口腔医学临床应用

2.6硅灰石的特性及其在生物医学领域的应用

2.6.1硅灰石的特性

2.6.2硅灰石的增韧机理

2.6.3硅灰石在生物医学领域的应用

2.7本论文的主要研究内容

第三章实验部分

3.1实验原料及仪器设备

3.2实验过程

3.2.1原料的制备

3.2.2骨水泥的制备

3.2.3模拟体液浸泡实验

3.3性能测试

3.3.1粉体的性能测试

3.3.2差热分析

3.3.3磷酸钙骨水泥的性能测试

第四章结果与讨论

4.1原料的表征

4.1.1磷酸盐原料的物相分析

4.1.2硅灰石晶化制度确定及其表征

4.2TTCP-CPP骨水泥固化过程中的相变及显微结构

4.2.1骨水泥的凝结时间

4.2.2模拟体液的pH值变化

4.2.3抗压强度

4.2.4骨水泥固化过程的相变

4.2.5骨水泥显微结构分析

4.3 TTCP-α-TCP-DCPD骨水泥固化过程中的相变及显微结构

4.3.1骨水泥的凝结时间

4.3.2模拟体液的pH值变化

4.3.3抗压强度随浸泡时间变化

4.3.4骨水泥固化过程分析

4.3.5骨水泥显微结构分析

第五章结论

参考文献

致谢