无机纳米粒子掺杂活性碳纳米纤维的制备及性能评价

摘要

通过静电纺丝-碳化法制备的碳纳米纤维材料以其优异的化学稳定性、力学性能、与细胞外基质相似的结构、高孔隙率和高比表面积等优点，己被列为组织工程的理想材料。然而，为了克服碳纳米纤维自身的生物惰性，使其更好的与创伤部位结合，将其与一种或几种生物材料进行复合制备出新的生物复合材料是目前组织工程领域的研究热点。本课题组在早期的研究中己将溶胶-凝胶、静电纺丝和原位烧结相结合，制备了含类骨成分(磷酸钙、生物活性玻璃)的杂化碳纳米纤维，不仅提高了材料的生物活性，还通过无机纳米粒子的降解减小了碳纳米纤维的长径比，利于碳纳米纤维从体内排除，发展一种新型的具有高生物活性、高强度的无机纳米粒子掺杂碳纳米纤维材料，用于骨缺损修复。
　　 在此基础上，本文继续采用该方法制备不同SiO2含量的Bioglass@CNFs及离子掺杂β-TCP/CNFs杂化材料，系统地评价SiO2含量的不同及离子的引入对材料生物活性的影响。SEM、TEM表征结果证实高温烧结碳化后得到的复合纳米纤维，纤维形貌均匀，表面可见直径为数十纳米的无机粒子均匀分布，生物矿化结果表明68SBioglass@CNFs的生物活性最高，MC3T3-E1成骨细胞体外培养进一步表明Bioglass@CNFs中SiO2的最优含量为68mol％，离子掺杂β-TCP/CNF杂化材料中离子(Mg2+、Zn2+)的引入明显提高了材料的生物活性及生物相容性。本实验制备的新型杂化碳纳米材料可直接作为骨组织工程支架材料使用，也可以与其他支架成型方法(如相分离法)结合，作为增强纤维引入其他可降解聚合物支架，修复承重部位的骨缺损。

目录

声明

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摘要

第一章 绪论

1．1 骨组织工程

1．1．1 骨组织工程概念

1．1．2 骨与骨骼

1．2 引导骨组织再生术

1．3 组织工程支架材料

1．4 人工合成骨组织工程支架材料

1．4．1 人工合成高分子支架材料

1．4．2 人工合成生物陶瓷支架材料

1．5 碳纳米纤维材料

1．5．1 碳纳米纤维的微观结构及其研究进展

1．5．2 碳纳米纤维在组织工程材料领域的应用

1．6 PAN基碳纳米杂化纤维的制备

1．6．1 无机成分的选择及制备

1．6．2 PAN基碳纳米纤维制备工艺

1．6．3 杂化碳纳米纤维的制备工艺

1．7 课题的目的及意义

第二章 离子掺杂β-TCP/CNF杂化纳米纤维的制备及生物性能评价

2．1 前言

2．2 实验部分

2．2．1 主要实验材料和仪器

2．2．2 离子掺杂β-TCP@CNFs杂化纳米纤维的制备

2．2．3 离子掺杂β—TCP@CNFs杂化纳米纤维的表征

2．2．4．离子掺杂β-TCP@CNFs杂化体系的生物相容性评价

2．3 实验结果

2．3．1 离子掺杂β-TCP@CNFs杂化体系的结构形态及组成分析

2．3．2 离子掺杂β-TCP@CNFs杂化体系的生物性能评价结果

2．4 讨论部分

2．4．1 热牵伸对纤维形貌的影响

2．4．2 预氧化过程对纤维表面形貌的影响

2．4．3 碳化过程对纤维形貌的影响

2．4．4 Mg2+、Zn2+对材料生物相容性的影响

2．5 小结

第三章 不同组分Bioglass@CNF杂化纳米纤维的制备及生物性能评价

3．1 前言

3．2 实验部分

3．2．1 主要实验材料和仪器

3．2．2 不同SiO2含量的Bioglass@CNF杂化纳米纤维的制备

3．2．3 复合碳纳米纤维膜的生物矿化及表征

3．2．4 生物性能评价

3．3 实验结果

3．3．1 Bioglass@CNF杂化纤维膜的形态表征

3．3．2 生物矿化结果

3．3．3 Bioglass@CNF杂化纤维膜的生物性能评价结果

3．4 讨论部分

3．4．1 不同处理阶段纤维结构及性能的变化

3．4．2 不同SiO2含量对矿化结果的影响

3．4．3 活性玻璃中SiO2含量对材料生物性能的影响

3．5 小结

第四章 结论

参考文献

致谢

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