含硅羟基磷灰石的湿法合成及骨水泥的性能研究

摘要

羟基磷灰石(Hydroxyapatite，HAP)[化学式为Ca<,10>(PO<,4>)<,6>(OH)<,2>]是一种微溶于水的弱碱性磷酸钙盐，属六方晶系，其组成和结构与天然磷灰石(Apatite)矿物相近，是脊椎动物骨和齿的主要无机成分，在人骨中约占77％，齿骨中则高达97％。 HAP具有优良的生物相容性、生物活性、骨传导性、骨诱导性、自固化性和可注射性等特点，人体骨细胞可以在HAP上直接形成化学结合，且结合强度高、稳定性好。研究表明，植入骨中的羟基磷灰石具有诱导骨细胞生长的趋势，并逐步参与代谢，是可以完全与生物体骨、齿结合成一体的一类生物陶瓷，因此被广泛用作硬组织替代材料，其作用原理包括骨生产作用、骨传导作用和骨诱导作用。但HAP本身强度低、脆性大且重复性差，只能被应用在牙槽脊增高、耳小骨替换以及颌面骨修复等非承重材料方面，而难以应用于承重骨方面，因此需要对HAP进行增强增韧。 实验采用共沉淀法制备HAP粉体，属湿法合成，是将钙质原料和H<,3>PO<,4>按照Ca/P比为1.67的比例配制成反应液，通过液相反应来合成粉体，该法可精确控制各组分的含量，使不同组分之间实现分子/原子水平的均匀混合，而且所得粉体粒度分布范围窄、形貌规整；产物纯度高、反应时间短，工艺过程简单易控制、污染小，是合成HAP的优选方法之一。 本实验旨在向HAP中引入一定量的硅以提高其力学性能。硅是人体中的一种微量元素(在人体中约占0.026％)，可以调节骨组织中有机质(主要是骨胶原纤维束和黏多糖蛋白等)的生成作用和无机质特别是钙镁磷的沉聚作用。研究表明，用中性磷酸氢钠缓冲溶液和稀磷酸作为液相调和HAP粉体以制备含硅羟基磷灰石骨水泥(Hydroxyapatite cement，Si-HAC)试样，硅含量在1％时HAP纯度高、粒径小，同时，Si-HAC的凝结时间有所减小、抗压强度相应提高。 以Ca(OH)<,2>、H<,3>PO<,4>和(C<,2>H<,5>)<,4>SiO<,4>为原料，在反应40℃、pH值为9～11、热处理温度为1000℃的条件下，用共沉淀法合成Si．HAP粉体，XRD、SEM分析表明，Si进入了HAP晶格中，导致Si-HAC晶粒尺寸减小。用液相调和粉体制得Si-HAC，通过对其凝结时间、抗压强度和孔隙率的测试，结果表明，Si含量在1％时Si-HAC的凝结时间小、抗压强度高。 骨水泥的抗压强度随Si含量的增加而增加，孔隙率随之减小，密度增大。由此推断，Si含量对样品体积密度影响不太大，因为Si含量主要影响样品的成份，成份不同结晶形貌就有较大的变化，而结晶形貌主要影响材料的吸水率和开口气孔率，Si含量为1％-4％的HAP表面结晶呈针状或棒状，Si含量较大时，样品的表面结晶呈不规则的粒状和少量粒状晶体的团聚物，10％的表面晶体呈不规则的粒状和较多粒状晶体的团聚物，晶粒有长大的趋势，表面趋于光滑，所以吸水率和开口气孔率有下降的趋势。

目录

文摘

英文文摘

声明

引言

1绪论

1.1生物材料简介

1.1.1生物材料的分类及基本性质

1.1.2生物材料的使用性能

1.2羟基磷灰石生物陶瓷材料

1.2.1羟基磷灰石生物陶瓷材料的性质

1.2.2羟基磷灰石生物陶瓷材料的应用

1.2.3羟基磷灰石生物陶瓷材料的制备

1.2.4羟基磷灰石生物陶瓷材料的研究和发展

1.3骨组织修复

1.3.1骨的组成成分

1.3.2骨的结构和性能

1.3.3羟基磷灰石骨水泥

1.4论文工作的提出

1.4.1研究内容

1.4.2拟解决的关键问题

1.4.3研究方案

2.实验

2.1实验设备和原料

2.1.1实验设备

2.1.2实验原料

2.2制备含硅羟基磷灰石粉体

2.2.1工艺流程

2.2.2实验反应机理及方法

2.3制备含硅羟基磷灰石骨水泥

2.3.1液相的配制

2.3.2 Si-HAC的制备

2.4性能测试

2.4.1 Si-HAP粉体的测试与表征

2.4.2 Si-HAP骨水泥的测试

3结果分析与讨论

3.1结晶过程分析

3.2不同反应方法对Si-HAP粉体物相的影响

3.2.1氨碱反应法

3.2.2酸碱中和反应法

3.3 工艺条件对Si-HAP粉体物相的影响

3.3.1 H3PO4滴加速率的影响

3.3.2 pH值的影响

3.3.3反应时间和反应温度的影响

3.3.4烧结温度的影响

3.4 工艺条件对Si-HAP粉体粒度的影响

3.4.1球磨

3.4.2溶液搅拌强度的影响

3.4.3洗涤方法的影响

3.4.4陈化时间的影响

3.5影响SI-HAC结构的因素分析

3.5.1 PH值对合成SI-HAC的影响

3.5.2 反应温度对合成Si-HAC的影响

3.5.3 滴加速率对合成Si-HAC的影响

3.5.4 搅拌强度的影响

3.5.5 超声波分散对合成Si-HAP的影响

3.5.6添加剂对样品力学性能的影响

3.6材料的性能检测

3.6.1 Si-HAP粉体的定性检测结果

3.6.2Si-HAP粉体的质量检测结果

3.6.3Si-HAP粉体的XRD分析

3.6.4SI-HAP粉体的SEM分析

3.6.5Si-HAP粉体FTIR分析

3.6.6凝结时间测试

3.6.7 Si-HAC的密度、吸水率、孔隙率

3.6.8 Si-HAC的力学性能

4结论及需进一步开展的工作

4.1结论

4.2需进一步开展的工作

致谢

参考文献

攻读学位期间发表的学术论文目录