掺锶羟基磷灰石/明胶复合材料的制备与表征

摘要

羟基磷灰石具有良好的生物相容性和生物活性，而锶是人体骨骼必要元素，它的存在有利于防龋和增强骨强度的作用。同时研究发现含锶的羟基磷灰石能够提高羟基磷灰石的降解性、生物相容性、骨引导性和骨融合性，因此研究掺锶羟基磷灰石具有重要意义。掺锶羟基磷灰石与明胶复合材料具有良好的生物相容性和生物活性，作为生物医用材料具有广阔的应用前景。本论文以硝酸钙、硝酸锶、磷酸氢二铵和明胶等为原料，研究了掺锶羟基磷灰石、掺锶羟基磷灰石和明胶复合材料的制备和表征。
　　 本课题首先采用共沉淀法合成掺锶羟基磷灰石。以硝酸钙、硝酸锶和磷酸氢二铵原料，共沉淀法合成了掺锶羟基磷灰石粉体。通过透射、傅里叶红外分析和X射线衍射实验，研究了合成掺锶羟基磷灰石的所需温度和搅拌的时间。研究表明：合成掺锶羟基磷灰石的温度必须大于50℃，随着温度的提高，羟基磷灰石晶体的尺寸逐渐变大。因此，要控制生成物的颗粒尺寸，反应的温度不能太高。同时研究还发现：在相同的合成温度，反应搅拌时间越长越有利于合成掺锶羟基磷灰石。最终确定合成掺锶羟基磷灰石的搅拌时间为8h，反应温度为70℃。合成的掺锶羟基磷灰石为针状、合成的颗粒尺寸大约为40nm长，20nm宽。与人体骨骼中的羟基磷灰石的形貌比较相似。
　　 在合成掺锶羟基磷灰石的研究基础上，采用明胶、硝酸钙、硝酸锶和磷酸氢二铵原料，仿生共沉淀法合成了掺锶羟基磷灰石明胶复合材料。采用戊二醛作为明胶的交联剂，通过不同量的戊二醛与明胶的交联，研究不同量戊二醛交联对试样的物理化学性能和生物性能的影响。结果表明：采用该方法合成的掺锶羟基磷灰石和明胶复合材料随着交联剂的增加，力学性能有明显的提高，当戊二醛加入量超过9ml的时候，明胶已经充分交联，力学性能增长有限，继续加入戊二醛，试样的韧性越来越差，端口尖锐。研究还发现：随着材料戊二醛的加入量增多，有利于合成掺锶羟基磷灰石，试样SrHAP/Gelatin-9.1的掺锶晶面为Sr1Ca9（PO4）6（OH）2，而试样SrHAP/Gelatin-11.4的掺锶晶面对应的物相为Sr2Ca8（PO4）6（OH）2。但后者的晶体颗粒尺寸比人体骨骼中的羟基磷灰石尺寸大。通过生物降解性研究表明，随着戊二醛量的增多，交联程度的加强，试样的降解性减弱。根据这个结论，我们可以根据人体的不同移植部位对生物降解性的要求，进行设计。确定加入戊二醛的量。将试样放置在模拟体液中，进行生物活性实验，实验结果表明，经过72h的浸泡，该生物材料的表面生成了一层羟基磷灰石，该羟基磷灰石通过X衍射分析表明结晶度比较低。
　　 因此，采用共沉淀方法合成掺锶羟基磷灰石是可行。同时采用该方法合成的掺锶羟基磷灰石和明胶复合材料通过物理化学实验和生物实验表明，合成的掺锶羟基磷灰石明胶复合材料有望成为一种理想的骨修复材料。

目录

文摘

英文文摘

声明

1文献综述

1.1人工骨的研究意义

1.2骨组织的组成和结构

1.3骨修复材料的分类和研究进展

1.3.1金属材料

1.3.2高分子材料

1.3.3生物陶瓷材料

1.3.4生物复合材料

1.4羟基磷灰石掺锶的研究进展

1.5羟基磷灰石与有机复合材料的研究进展

1.5.1羟基磷灰石／人工合成有机物的复合材料研究进展

1.5.2羟基磷灰石／天然有机物的复合材料研究进展

1.6羟基磷灰石／明胶复合材料的研究进展

1.6.1明胶的性质和结构

1.6.2羟基磷灰石／明胶复合材料的制备方法

1.6.3对羟基磷灰石／明胶复合材料的生物性能的研究

1.6.4羟基磷灰石明胶系统的其它研究

1.7课题的研究目的、意义、研究内容和创新点

1.7.1课题的研究目的与意义

1.7.2课题的主要研究内容

1.7.3课题的创新点

2实验过程

2.1实验原料

2.2实验仪器与设备

2.3测试仪器

2.4实验原理与过程

2.4.1掺锶羟基磷灰石实验原理与过程

2.4.2掺锶羟基磷灰石／明胶复合材料的实验原理与过程

3掺锶羟基磷灰石的表征

3.1样品的测试

3.1.1 X射线衍射分析

3.1.2透射电镜分析

3.1.3粉体的红外光谱分析(FT-IR)

3.2结果和分析

3.2.1 X射线衍射分析结果

3.2.2透射电镜形貌和结构

3.2.3红外光谱分析

3.3本章小结

4掺锶羟基磷灰石和明胶的复合材料的制备和表征

4.1样品的表征

4.1.1力学性能分析

4.1.2 XRD分析

4.1.3粉体的红外光谱分析(FT-IR)

4.1.4 SEM分析

4.1.5 TEM分析

4.1.6热分析

4.1.7生物降解性实验

4.1.8模拟体液浸泡试验

4.2结果与讨论

4.2.1力学性能分析

4.2.2 XRD分析

4.2.3红外分析

4.2.4 SEM分析

4.2.5 TEM分析

4.2.6热分析

4.2.7生物降解性分析

4.2.8模拟体液浸泡测试

4.3本章小结

5结论与展望

5.1结论

5.2展望

参考文献

攻读硕士期间发表的学术论文目录

致谢