复相磷酸钙在醋酸盐缓冲溶液中溶解行为研究

摘要

磷酸钙由于其在化学组成和生物性能上与骨骼无机相具有相似性而广泛地应用作骨组织替代材料。目前对磷酸钙的研究热点之一是其生物降解性的应用，比如骨组织工程支架材料、修复材料等。不同的应用用途和植入环境等对磷酸钙材料的生物降解速率要求不同，而目前已有单相磷酸钙材料的生物降解速率过快或过慢，可调节程度很小。因此，研究和开发出生物降解速率和形貌变化可调节的磷酸钙材料已成为当前生物材料界一个具有挑战性的课题。 在磷酸钙材料中，完全化学计量比的羟基磷灰石(HA)生物降解能力很弱。磷酸三钙(TCP)具有较好的生物相容性，与骨结合性好，无排异反应，但溶解过快。TCP具有与HA不同的生物性能，最大的区别就是TCP可以发生生物降解，植入体内可以被生物吸收，并且α-TCP的溶解速率大于β-TCP。要使磷酸钙具有生物降解能力可调性，将上述几种材料复合成复相磷酸钙是一种有效途径。 按生物环境下细胞尺度在微米级别上，因此，将不同晶相的晶粒形成一个纳米结构化的团簇(即在几百纳米～微米范围内各相均匀分布的纳米晶粒团聚体)，这样才能有效地发挥出复相调节生物降解速率的效能。因此，本论文采用将不同生物降解速率的磷酸钙形成纳米结构化复相材料以及与单相磷酸钙相结合的研究思路，来实现磷酸钙材料的生物降解速率在一定范围内、连续调节的目的。通过形成Ca/P比可控的无定形磷酸钙先驱体，经动力学上控制(如热处理)的技术路线，制备出所需单相磷酸钙和纳米结构化复相磷酸钙材料。在此基础上，本文对单相磷酸钙，纳米结构化复相磷酸钙材料的制备方法、生物降解特性进行了系统的研究。 本论文在下列方面开展了研究工作： 1.单相磷酸钙和纳米结构化复相材料的制备 以不同Ca/P比的无定形磷酸钙为先驱体，经过动力学上的控制形成单相或复相磷酸钙；利用无定形磷酸钙初次颗粒具有40～100nm的特点，保证能形成具有均匀调控性能的、纳米结构化的复相磷酸钙颗粒。 将Ca/P比为1.5的ACP经800℃、1小时热处理后可获得α-TCP单相粉末；经900℃、1小时热处理后可获得β-TCP单相粉末。将Ca/P比为1.5的ACP在800～900℃范围内1小时热处理后，可形成α/β复相粉末，其β-TCP相含量随温度升高从0％至100％任意可调。 将由碳酸根加入引起Ca/P比不同的ACP在800～900℃范围内1小时热处理法后可获得三相含量不同的α/β/HA复相粉末。当碳酸根加入量＜15mol％(碳酸根相对于磷酸根的摩尔比)，只能形成α-TCP单相或α/β复相粉末；当碳酸根加入量＞60mol％，只能形成HA单相粉末；当碳酸根加入量15mol％～60mol％范围内，其HA相含量随碳酸根加入量升高从0％至100％任意可调。而且制得的α/β-TCP和α/β/HA复相粉末具有纳米结构化复相团簇结构。 由ACP作为先驱体，能制备出α-TCP、β-TCP和HA单相纳米粉末，也能制备出这些磷酸钙间的纳米结构化复相磷酸钙，为制备高性能磷酸钙材料提供了一种新途径。 2.单相磷酸钙和纳米结构化复相磷酸钙的生物体外降解研究 采用pH值为5.0的醋酸盐缓冲溶液，将单相磷酸钙和纳米结构化复相磷酸钙粉末在该溶液中浸泡，采用磷酸钙溶解定点分析钙离子浓度实验与磷酸钙溶解连续实时测试pH实验相接合的方法，测量不同浸泡时间的液体中Ca2+和PO43-的浓度，研究该材料的生物体外降解特性。 实验结果表明：这些粉末的生物体外降解速率由大到小的顺序为：α-TCP＞α/β-TCP＞β-TCP＞α/β/HA＞HA；纳米结构化复相磷酸钙显示出降解速率可调性和形貌可调性，以及优势互补的特性。 因此，本研究中纳米结构化复相磷酸钙为生物降解速率可调的生物材料或器件制备提供了一类新材料，为形成高性能材料提供了一种新的调控手段，具有更好的实用价值。

目录

文摘

英文文摘

论文说明：资助

第一章绪论

1.1引言

1.2主要磷酸钙的基本性能

1.3与本课题相关磷酸钙材料的制备

1.4磷酸钙的生物降解性能

1.4.1生物陶瓷的研究方法

1.4.2磷酸钙的生物降解

1.4.3磷酸钙的降解机理

1.5立题意义

第二章样品制备、实验方法及测试方法

2.1磷酸钙复合粉末的制备

2.2性能测试

2.2.1磷酸钙溶解定点分析钙离子浓度实验

2.2.2磷酸钙溶解连续实时测试pH实验

2.3测试方法

2.3.1 X-射线衍射(XRD)

2.3.2傅立叶变换红外光谱(FTIR)

2.3.3扫描电子显微电镜(SEM)

2.3.4电感耦合等离子体原子发射光谱法(ICP-AES)

第三章α-TCP/β-TCP复相粉末在NaAc-HAc缓冲溶液中溶解沉积行为研究

3.1引言

3.2溶解实验浸泡溶液的设计

3.3 α-TCP/β-TCP复相粉末溶解沉积实验结果与现象

3.3.1 Ca离子浓度的变化

3.3.2缓冲溶液pH值的变化

3.3.3复相粉末晶相的变化

3.3.4复相粉末形貌的变化

3.4 α/β-TCP复相粉末的溶解沉积过程的探讨

3.5结论

第四章α/β/HA复相粉末在NaAc-HAc缓冲溶液中溶解沉积行为研究

4.1引言

4.2溶解实验浸泡溶液的设计

4.3α/β/HA复相粉末溶解沉积实验结果与现象

4.3.1缓冲溶液pH值的变化

4.3.2复相粉末晶相的变化

4.3.3复相粉末形貌的变化

4.4α/β/HA复相粉末的溶解沉积过程的探讨

4.5结论

第五章总结

参考文献

硕士期间发表的论文

致谢