β-磷酸三钙多孔陶瓷的制备及其生物活性评价

论文摘要

β-磷酸三钙的化学式为β-Ca3（PO4）2,英文名称为β-Tricalcium Phosphate,简称β-TCP。它不但具有良好的生物相容性,而且具有优异的生物活性和生物降解性,植入体内以后能被新生骨组织取代,在骨组织工程领域发挥着巨大的作用。因此,研究β–TCP多孔陶瓷的制备方法并评价其生物活性具有现实意义和实用价值。本文重点对以下几个方面进行了研究:首先分别用化学共沉淀法、超声化学法和溶胶-凝胶自燃烧法合成了β–TCP粉体,同时还对产物的Ca、P摩尔比的测定方法进行了探索;然后制备了β-TCP多孔陶瓷并评价了其生物活性。采用化学共沉淀法合成β–TCP粉体时,通过正交实验,考察了反应物钙磷源配比、反应温度、pH值、反应时间等因素对β–TCP粉体的纯度、物相结构及粒径的影响,确定了最佳实验条件;在化学共沉淀法的基础上,本文首次采用超声化学法合成了针状β-TCP纳米粉体,对比研究了超声化学法与化学共沉淀法在粉体的结晶效率、合成产率等方面的差别;本研究还创新性地探讨了柠檬酸溶胶-凝胶自燃烧法制备β-TCP纳米粉体的工艺及反应机理。对三种方法合成的产物分别进行了物相、形貌和粒径分析,产物的钙含量用改进的EDTA容量法测定,磷含量用创新的磷钼蓝分光光度法测定。然后用合成的纳米粉体制备了β-TCP多孔陶瓷,考察了无机致孔剂的用量对β-TCP多孔陶瓷的孔径大小、分布均匀性的影响。采用体外模拟实验对β-TCP多孔陶瓷的降解性和生物活性进行了科学的评价,分析了β-TCP多孔陶瓷的成孔规律和经模拟生理体液SBF静态处理前后β-TCP多孔陶瓷的表面微观变化。结果显示:分别用化学共沉淀法、超声化学法与溶胶-凝胶自燃烧法均能制得高纯度、结晶良好的β-TCP粉体,但超声化学法与溶胶-凝胶自燃烧法制得的β-TCP粉体成分更均匀、颗粒尺寸更小（<100nm）且分布范围更窄,并且二者均克服了化学共沉淀法洗涤困难的缺点。当加入致孔剂木炭粉的量为20%时,制备的β-TCP多孔陶瓷比较理想,孔分布比较均匀,孔径更适合骨组织长入。所得的多孔试样在SBF中浸泡不同时间后,其失重率测试结果表明β-TCP多孔陶瓷在SBF中能够缓慢降解;SEM照片与XRD图谱显示,浸泡后样品表面出现了羟基磷灰石和碳酸羟基磷灰石,这说明β-TCP多孔陶瓷具有生物活性,并具有一定的骨诱导性和成骨能力。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 生物陶瓷材料
• 1.2 磷酸三钙基生物陶瓷材料
• 1.3 β-TCP 多孔生物陶瓷
• 1.3.1 β-TCP 的主要性能
• 1.3.2 β-TCP 多孔生物陶瓷的研究现状
• 1.3.3 β-TCP 多孔生物陶瓷在骨科中的应用
• 1.4 β-TCP 粉体的制备方法
• 1.4.1 可溶性钙盐和磷酸盐反应工艺
• 1.4.2 中和反应工艺
• 1.4.3 水热法
• 1.4.4 固相合成法
• 1.5 β-TCP 多孔陶瓷的制备方法
• 1.5.1 泡沫浸渍法
• 1.5.2 发泡法
• 1.5.3 致孔剂法
• 1.5.4 溶胶-凝胶法
• 1.5.5 盐析法
• 1.5.6 颗粒堆积法
• 1.5.7 化学沉积- 原位注凝法
• 1.6 β-TCP 多孔陶瓷的评价方法
• 1.6.1 体内模拟实验（In Vivo）
• 1.6.2 体外模拟实验（In Vitro）
• 1.7 本课题研究的主要内容及创新点
• 1.7.1 研究的主要内容
• 1.7.2 创新点
• 第2章 化学共沉淀法合成β-TCP 粉体
• 2.1 实验方案
• 2.2 实验步骤
• 2.3 产物中钙、磷含量测定
• 2.3.1 改进的EDTA 容量法测钙
• 2.3.2 磷钼蓝分光光度法测磷
• 2.4 实验结果的直观分析
• 2.4.1 因素的主次关系
• 2.4.2 最佳方案组合
• 2.4.3 结果讨论
• 2.5 产物的X-射线衍射（XRD）分析
• 2.6 产物的透射电子显微镜（TEM）分析
• 2.7 结论
• 第3章 超声化学法合成β-TCP 粉体
• 3.1 超声化学法概述
• 3.2 实验步骤
• 3.3 结果与讨论
• 3.3.1 产物的XRD 分析
• 3.3.2 产物的钙磷比测定结果分析
• 3.3.3 合成效率
• 3.3.4 产物的TEM 分析
• 3.4 结论
• 第4章 溶胶-凝胶自燃烧法合成β-TCP 粉体
• 4.1 溶胶-凝胶自燃烧法简介
• 4.2 实验部分
• 4.2.1 样品的合成
• 4.2.2 样品的表征与测试
• 4.3 合成机理分析
• 4.4 影响因素分析
• 4.4.1 水量的影响
• 4.4.2 pH 值的影响
• 4.4.3 温度的影响
• 4.4.4 柠檬酸的量的影响
• 4.5 结果和讨论
• 4.5.1 TG/DSC 分析
• 4.5.2 XRD 分析
• 4.5.3 SEM 分析
• 4.5.4 TEM 分析
• 4.6 结论
• 第5章 Β–TCP 多孔陶瓷的制备与表征
• 5.1 β-TCP 多孔陶瓷的制备
• 5.1.1 制备β-TCP 多孔陶瓷的方法和原料
• 5.1.2 制备过程
• 5.1.3 烧结方案的确定
• 5.2 结果与讨论
• 5.2.1 烧结前后的质量关系
• 5.2.2 烧结后样品的微观形貌分析
• 5.3 β-TCP 多孔陶瓷的生物活性测试与评价
• 5.3.1 模拟生理体液的配制
• 5.3.2 实验过程
• 5.3.3 失重率测试
• 5.4 结果与讨论
• 5.4.1 试样的体外降解失重率分析
• 5.4.2 在SBF 溶液中浸泡后样品的表面形貌及成分分析
• 5.4.3 样品浸泡前后的能谱（EDS）对照
• 5.5 本章小结
• 第6章 结论与展望
• 6.1 结论
• 6.2 展望
• 参考文献
• 附录A 所用主要试剂的名称、等级和生产厂家
• 附录B 所用主要仪器及生产厂家
• 致谢
• 攻读硕士学位期间的研究成果