羟基磷灰石、碳酸钙仿生材料的可控制备及性能研究

摘要

天然的人体骨骼历经数十亿年的进化与淘汰,其结构与功能完美的无法想象，从大量研究数据中可知，功能的完善源自结构的复杂多级有序。因此，为了使人工骨修复材料能够达到临床期待的理想水平，实现力学和生物性能的完美结合，最大的挑战就在于是否能在纳米的尺度下模拟出这种多级有序的复杂结构，通过微观上的结构多级组装使得材料在性能上更加完善。为此，人们做出了诸多尝试，虽已取得很大的进步，但其在力学性能上的不足一直不能得到有效的提高。基于结构仿生和功能仿生的基本理念，本研究采用一步水热实验方法，在结构诱导剂的诱导组装作用下，成功控制了材料在不同维度上的生长和组装，制备出了包括一维纳米棒、二维网织状纳米片、三维纳米组装体的多种HA骨修复材料和片层状碳酸钙骨修复材料，实现了材料在力学和生物性能方面的提高，弥补了现存人工骨修复材料的不足。此外，通过形貌结构表征(SEM、XRD)、力学性能测试（FMA）、生物性能测试（MTT、ALP）等手段对材料的结构和性能做了进一步的研究和表征，主要的研究内容以及取得的成果如下：
　　1．采用一步水热合成方法，在结构诱导剂的诱导组装作用下，实现了不同维度上HA材料的生长与组装，成功地制备出了包括一维、二维和三维结构在内的多种羟基磷灰石组装结构仿生骨修复材料。并在调控实验中反应参数的同时，使得制备出的二维网织状 HA纳米片逐渐发生卷曲从而形成网状外壁的“管”状结构。此外，通过三维纳米机械手和细胞体外培养技术来对所制得的多维HA组装体材料进行力学性能和生物性能的测试表征。结果表明，实验所得二维、三维HA组装体材料的力学抗压性能优异，生物相容性和生物活性突出，是良好的骨组织修复材料。
　　2．在结构诱导剂的诱导组装作用下，通过一步水热实验方法成功制备出了片层状碳酸钙纳米结构仿生骨修复材料，并通过对实验过程中反应参数的调控使得到的片层状纳米片厚度越来越薄，从最开始的大于200 nm薄至小于100 nm。此外，通过三维纳米机械手和细胞体外培养技术等测试手段进一步对所得材料进行力学和生物性能的测试，结果显示，该仿生骨修复材料力学抗压性能优良、生物活性高、生物相容性良好，是用于组织填充材料的良好选择。
　　最后，对本论文所做的工作进行了具体总结，并列出了论文中尚未完成的工作和有待提高的部分，指出了下一步研究工作的明确方向。

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第一章 绪论

1.1仿生材料的简介

1.1.1 仿生材料的发展

1.1.2 仿生材料的分类与应用

1.2 仿生骨修复材料

1.2.1 仿生骨修复材料的研究背景

1.2.2 仿生骨修复材料的发展

1.2.3 磷酸钙、碳酸钙仿生骨修复材料的发展

1.3 本课题的选题依据、研究内容及创新点

1.3.1 本论文选题的目的和意义

1.3.2 本论文的主要研究内容和创新点

第二章 多维羟基磷灰石仿生材料的制备与性能研究

2.1 引言

2.2 实验部分

2.2.1 实验试剂与仪器

2.2.2 HA的制备

2.2.3 二维网织状HA、三维组装体HA的力学表征与测试

2.2.4 多维HA的生物性能测试

2.3 结果与讨论

2.3.1 HA样品的制备流程及表征

2.3.2 高温煅烧对HA形貌和结构的影响

2.3.3 溶剂比例对HA形貌变化的影响

2.3.4 HA组装体材料的形成过程示意图

2.3.5 多维HA的力学表征与测试

2.3.6 HA的生物相容性测试研究

2.4 本章小结

第三章 碳酸钙仿生材料的可控制备与性能研究

3.1 前言

3.2 实验部分

3.2.1 实验试剂与仪器

3.2.2 片层状碳酸钙的材料制备

3.2.3 片层状碳酸钙的力学表征与测试

3.2.4 片层状碳酸钙的生物性能测试

3.3 结果与讨论

3.3.1 片层状碳酸钙形貌和结构的表征

3.3.2 片层状碳酸钙的力学性能测试

3.3.3 片层状碳酸钙的生物相容性评估

3.4 本章小结

第四章 结论及展望

4.1 主要结论

4.2 工作展望

参考文献

攻读学位期间的研究成果

致谢