Na、Mg、Zn、Ti掺杂58S生物活性玻璃和玻璃陶瓷的制备与性能研究

摘要

本研究在已被证明具有良好生物活性的溶胶凝胶生物玻璃58S基础上，通过掺入Na2O、MgO、ZnO和TiO2等不同氧化物，研究了不同价态离子以及ZnO含量对玻璃的析晶、强度、孔隙率、生物活性、降解性以及细胞相容性的影响，为材料设计提供了指导。并通过与聚酯复合，来提高生物玻璃的细胞相容性。同时，通过工艺改进，制备了多孔玻璃和玻璃陶瓷支架，并与聚琥珀酸酯(PBS)、乳酸—羟基乙酸共聚物(PLGA)进行复合。研究得出的主要结论如下： (1)玻璃的Si-O网络结构是影响生物玻璃性能的决定因素，不同离子通过调节玻璃的Si-O网络来对玻璃性能产生影响。其中：Na2O取代CaO降低了玻璃网络的完整性，使玻璃网络中出现更多的断点，促进玻璃的结晶，Na2O的掺入能加快玻璃的离子释放和降解速度，促进羟基磷灰石(HA)的形成；MgO、ZnO取代CaO不改变玻璃网络完整性，但使玻璃Si-O网络结构更加紧密，在性能上表现出促进玻璃和玻璃陶瓷的结晶，降低玻璃的降解速度和HA的沉积速度。Ti能够参与玻璃网络构建，玻璃中TiO2取代CaO提高了玻璃网络完整性，降低了玻璃的降解速度和HA沉积速度。在HA沉积和降解速度方面，ZnO的影响作用比MgO和TiO2更为明显。 (2)玻璃中ZnO除了通过阻碍Si4+离子释放来减缓富Si层对HA沉积的诱导作用外，含ZnO玻璃释放的Zn2+离子对HA的沉积也具有抑制作用。玻璃中ZnO含量超过12mol％时，玻璃将不能诱导HA的沉积。玻璃陶瓷中ZnO含量超过3mol％时，同样不能诱导HA的沉积。 (3)玻璃和玻璃陶瓷释放的Si4+与Zn2+离子浓度是影响细胞增殖的主要原因。合适浓度的Si4+和Zn2+离子能够促进成骨细胞的增殖，但过高浓度的离子则对细胞增殖具有抑制和毒性作用。在所有含ZnO玻璃和玻璃陶瓷样品中，58S3Z玻璃陶瓷所释放的Si4+与Zn2+离子浓度对成骨细胞的增殖最有利。 (4)通过对有机泡沫浸渍法工艺进行改进，能够制备出具有一定强度、结构良好的多孔生物玻璃和玻璃陶瓷支架。58S3Z玻璃陶瓷支架因适当的Si4+和Zn2+离子释放，显示出良好的细胞相容性。58S玻璃表面复合一层PBS与PLGA膜后，能有效的提高其细胞相容性，但不影响其生物活性。58S3Z玻璃陶瓷支架复合PBS、PLGA聚酯后，可大幅提高支架的力学强度，并改善支架的可加工性能，但不影响其细胞相容性，具有良好的应用前景。 综合以上研究结果，通过掺入不同离子对溶胶凝胶生物玻璃网络结构进行调整，完全可以调节和控制玻璃的析晶、降解、生物活性等性能，从而可根据需要对材料进行有目的性的设计，使材料满足骨修复的要求。采用有机泡沫浸渍法，可以制备多孔生物玻璃和玻璃陶瓷支架。与聚酯复合后，支架的力学性能和细胞相容性得到改善，有可能作为骨组织工程支架得到应用。

目录

文摘

英文文摘

第一章绪论

第一节骨替代与修复材料

1.1.1引言

1.1.2骨替代和修复材料的要求

1.1.3骨替代和修复材料的来源

1.1.4人工骨替代和修复材料

第二节生物玻璃和玻璃陶瓷

1.2.1引言

1.2.2生物玻璃的制备方法

1.2.3生物玻璃和玻璃陶瓷的组成与结构

1.2.4生物活性玻璃的生物活性反应

1.2.5生物玻璃的降解

1.2.6生物玻璃未来的发展方向

第三节本课题的提出及主要研究内容

1.3.1本课题的提出

1.3.2本论文研究的主要内容

参考文献

第二章Na2O、MgO、ZnO、TiO2掺杂对58S生物活性玻璃和玻璃陶瓷性能的影响

第一节生物玻璃粉体以及玻璃和玻璃陶瓷块体的制备

2.1.1引言

2.1.2材料与方法

第二节Na2O、MgO、ZnO、TiO2掺杂对58S生物玻璃和玻璃陶瓷物理性能的影响

2.2.1引言

2.2.2材料与方法

2.2.3结果与分析

第三节Na2O、MgO、ZnO、TiO2掺杂对58S生物玻璃降解及生物活性的影响

2.3.1引言

2.3.2材料与方法

2.3.3结果与分析

2.3.4讨论

本章结论

参考文献

第三章ZnO含量对58S生物玻璃和玻璃陶瓷性能的影响

第一节含ZnO生物玻璃与玻璃陶瓷的制备与表征

3.1.1引言

3.1.2材料和方法

3.1.3结果与分析

第二节ZnO含量对58S生物玻璃降解与生物活性的影响

3.2.1材料与方法

3.2.2结果与分析

第三节含ZnO生物玻璃与玻璃陶瓷的细胞相容性

3.3.1引言

3.3.2材料与方法

3.3.3结果与分析

本章结论

参考文献

第四章多孔生物玻璃、玻璃陶瓷及其与聚酯复合支架的制备与性能研究

第一节多孔生物玻璃、玻璃陶瓷支架的制备与表征

4.1.1引言

4.1.2多孔生物玻璃与玻璃陶瓷支架的制备与表征

第二节生物玻璃陶瓷支架与聚酯的复合

4.2.1引言

4.2.2 58S生物玻璃块体与聚酯复合材料的制备与性能研究

4.2.3 58S3Z-1200℃-PBS、58S3Z-1200℃-PLGA复合支架的制备与性能研究

第三节多孔支架的降解性与细胞相容性

4.3.1引言

4.3.2支架的降解

4.3.3支架的细胞相容性

本章结论

参考文献

第五章结论与展望

附录Ⅰ

附录Ⅱ

致谢