多孔纳米羟基磷灰石/聚酰胺复合骨修复材料的研究

摘要

纳米羟基磷灰石/聚酰胺复合材料(n-HA/PA)是近年发展起来的一种新型医用复合材料。这种复合材料具有高度的仿生性，其无机相的纳米羟基磷灰石在化学组成和结晶结构上同骨磷灰石极为相似，其含量可达到65 wt％，亦接近自然骨中磷灰石晶体的含量水平；有机相聚酰胺(PA)与人体的胶原蛋白在分子结构上十分相似，含有极性的酰胺键和羧基，使其能引导组织细胞生长，促进细胞生成类骨质进而矿化，加快骨损伤的愈合。这类材料还具有优良的力学相容性，可用于承力骨的修复。由其制成的致密型脊柱和椎板等产品已经大量用于临床，并取得了良好的修复效果。这些结果表明纳米羟基磷灰石/聚酰胺复合材料具有优良的生物相容性、生物活性和与自然骨匹配的力学性能，是一种可用于承力部位骨修复和替代的新型高仿生性生物材料。 本研究以纳米羟基磷灰石/聚酰胺复合材料为原料，采用化学发泡法，通过注塑和热压方式制备多孔材料，并对其性能进行研究。 热压成型方式制备的多孔纳米羟基磷灰石/聚酰胺66复合材料(n-HA/PA66)孔隙率约为35％～57％，孔隙部分贯通，平均孔隙尺寸约为280～500μm。该多孔材料具有良好的力学性能，抗压强度达到13～46MPa。孔隙率和孔隙结构受单模材料用量，发泡剂比例和复合材料中纳米羟基磷灰石含量的影响。当发泡剂的用量为2 wt％，复合材料中羟基磷灰石的比例为30 wt％，单模材料的用量为11.5g或更低时，可获得良好的孔隙结构。XRD和IR分析表明热压法制备多孔材料对材料本身的组成和结构均无影响。 注塑成型方式所获得的多孔n-HA/PA66材料具有较高的孔隙率，可达到87％，孔呈近似球状，分布均匀，孔径在50～700微米范围内，平均孔径约为300～500微米，抗压强度在1～33MPa之间。比较注塑和热压成型方式发现：注塑法适宜制备高羟基磷灰石含量、高孔隙率的多孔材料，而且效率极高。因此，注塑成型方式适合于大规模化生产。本研究还采用注塑成型方式制备了多孔纳米羟基磷灰石/聚酰胺6(n-HA/PA6)复合材料，考察了发泡剂的用量及多孔材料性能。结果发现：发泡剂的最佳比例为0.5 wt％，多孔n-HA/PA6材料具有与松质骨相似的多孔结构，孔径为100～700μm，孔的贯通性好，孔隙率可通过调节工艺参数进行控制，最高可达到88.6％；总孔隙率相近的情况下，n-HA含量高的多孔材料的压缩强度较高；孔隙率在58～88％范围内，多孔材料的抗压强度在1.1～15.6MPa，与人松质骨的抗压强度相当。 对于生物医用材料而言，在用于临床前，其生物安全性必须得到评价。本研究按照GB/T16886和GB/T16175标准方法，选择细胞毒性试验、致敏试验、热原试验和溶血试验对多孔n-HA/PA66复合材料的生物安全性进行初步评价。结果表明：本研究制备的多孔n-HA/PA66材料无细胞毒性、无致敏性、无热原反应，溶血率为0.59％(小于5％)，可初步认为多孔n-HA/PA66材料具有良好的生物安全性，可用于骨组织修复。

目录

文摘

英文文摘

第一章多孔骨修复材料的研究现状

1.1概述

1.2多孔骨修复材料研究现状

1.2.1多孔金属材料

1.3多孔生物陶瓷

1.3.1多孔生物陶瓷的制备

1.3.2多孔生物陶瓷的性能

1.4多孔高分子材料

1.5本论文研究的目的、意义和内容

参考文献

第二章多孔n-HA/PA66复合材料热压法制备及性能研究

2.1前言

2.2材料与方法

2.2.1原材料

2.2.2多孔材料制备

2.2.3多孔材料SEM观察

2.2.4多孔材料的孔隙率

2.2.5力学性能

2.2.6红外光谱(FT-IR)分析

2.2.7 X射线衍射(XRD)分析

2.3结果与讨论

2.3.1多孔n-HA/PA66材料SEM观察

2.3.2多孔n-HA/PA66复合材料的孔隙率

2.3.3力学性能测试

2.3.4红外光谱分析

2.3.5 X射线衍射分析

2.4结论

参考文献

第三章注塑法制备多孔n-HA/PA66复合材料及同热压法的比较研究

3.1前言

3.2材料与方法

3.2.1原材料

3.2.2多孔材料制备

3.2.3实验方法

3.3结果与讨论

3.3.1多孔n-HA/PA66复合材料的SEM观察

3.3.2孔隙率

3.3.3力学性能

3.4结论

参考文献

第四章多孔n-HA/PA6复合材料制备及性能研究

4.1前言

4.2材料与方法

4.2.1纳米羟基磷灰石/聚酰胺6复合材料制备

4.2.2多孔材料制备

4.2.3主要仪器和设备

4.2.4分析测试

4.3结果与讨论

4.3.1发泡剂比例对泡孔结构的影响

4.3.2多孔材料的形貌结构

4.3.3多孔材料的孔隙率与开孔率

4.3.4压缩性能

4.3.5红外光谱和X射线衍射分析

4.4结论

参考文献

第五章发泡法制备多孔n-HA/PA材料成型机理

5.1多孔塑料发泡方法

5.2发泡原理

5.2.1气泡核的形成

5.2.2泡孔的长大

5.2.3气泡的固定

参考文献

第六章多孔n-HA/PA66复合材料的生物安全性评价试验

6.1前言

6.2试验材料与方法

6.2.1多孔材料制备

6.2.2细胞毒性试验

6.2.3致敏试验

6.2.4热原试验

6.2.5溶血试验

6.3试验结果

6.3.1细胞毒性试验

6.3.2致敏试验

6.3.3热原试验

6.3.4溶血试验

6.4讨论

6.5结论

参考文献

第七章研究总结与展望

7.1本论文研究结论

7.2展望

附录

致谢