生物活性陶瓷/钛复合植入体的构建及性能研究

论文摘要

本文研究是国家自然科学基金重点项目（50235020）的一部分,其最终目的是构建具有生物活性的硬组织置换体或修复体。它们应当具有一定的承载能力,又具有一定的生物活性,植入人体后实现无生命物质与有生命物质或半生命物质的结合。作为项目的基础研究部分,本文在生物活性陶瓷与医用金属复合方面,生物活性陶瓷/多孔金属复合植入体单元的构建及其生物学性能方面,以及局部活性化置换体或修复体的设计方面做了有益的探索研究。在该文研究中,着重开展了如下五个方面的工作:首先,采用两种醇基溶胶-凝胶法,分别以亚磷酸三乙酯与四水硝酸钙（简称TP法）和磷酸与四水硝酸钙（简称PA法）作为钙和磷的前驱体,制备了羟基磷灰石（HA,Ca10（PO4）6（OH）2）粉体和涂层,并进行了分析和表征。得到如下结论:（1）TP法在较低的煅烧温度下（350℃）即可生成较为理想的HA晶体,在较高煅烧温度（700℃）下有部分分解,形成少量β-TCP。PA法在较低的煅烧温度下（350℃）无法形成HA晶体,在700℃形成的HA晶体较为纯净,无分解;（2）两种制备方法均能在500℃生成较为理想的HA涂层。PA法制备的涂层中HA晶体颗粒较大100-200nm,而TP法制备的涂层中HA晶体颗粒较小约为30-50nm,表面相对前者更加平整;（3）700℃煅烧后的两种自制的粉体和700℃煅烧后的人体皮质骨粉体相比,结构羟基较强。它们的XRD图谱与标准HA（JCPDS#74-566）相比,主要衍射峰值位置和相对峰强与标准HA基本符合,仅存在较细微的差别。各衍射峰对应的晶面间距的变化都具有协调一致性,即由TP法HA→PA法HA→人骨HA→标准HA的顺序由大到小变化。第二,采用溶胶-凝胶法制备了HA/TiO2复合涂层,并进行了分析、测试及生物活性研究,得到如下结论:（1）经450℃、550℃和650℃热处理后涂层均具有较好的结晶态,厚度均匀、致密,与金属基底结合紧密。表面形貌为HA颗粒镶嵌在大小和分布均匀的纳米TiO2的胶质之中;（2）拉伸试验结果表明,经450℃、550℃和650℃煅烧后的HA/TiO2涂层均具有较为理想的结合强度,平均结合强度值均大于33MPa,且涂层

论文目录

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• 摘 要
• ABSTRACT
• 英文缩略词
• 第一章 绪论
• 1.1 课题背景和意义
• 1.2 人体骨骼的组成、结构和性能
• 1.3 骨替代生物材料的分类
• 1.4 医用金属及合金的生物学行为及其表面改性
• 1.5 钛/钛合金及其表面生物活性化涂层的性能
• 1.6 多孔羟基磷灰石陶瓷的成骨研究
• 1.7 多孔钛和HA/多孔钛复合植入体的研究
• 1.8 本文课题来源、研究目的和内容
• 10（PO₄）₆（OH）₂粉体、涂层及其表征'>第二章 溶胶-凝胶法制备 CA₁₀（PO₄）₆（OH）₂粉体、涂层及其表征
• 2.1 实验部分
• 2.2 实验结果
• 2.3 讨论
• 2.4 本章小结
• 10（PO₄）₆（OH）₂/TIO₂复合涂层及其在模拟生理体液中的行为'>第三章 溶胶-凝胶法制备 CA₁₀（PO₄）₆（OH）₂/TIO₂复合涂层及其在模拟生理体液中的行为
• 3.1 试验部分
• 3.2 结果和讨论
• 3.3 本章小结
• 第四章 TI6AL4V 表面溶胶-凝胶生物活性陶瓷涂层的摩擦学性能
• 4.1 实验部分
• 4.2 结果与讨论
• 4.3 本章小结
• 第五章 HA/多孔钛复合植入体单元的制备及生物学性能
• 5.1 HA/多孔钛复合植入体单元的制备
• 5.2 体外成骨细胞的培养及其与HA/多孔钛复合植入体单元接种
• 5.3 HA/多孔钛的动物体内实验
• 5.4 分析测试结果
• 5.5 HA/多孔钛植入体-骨界面的结合
• 5.6 本章小结
• 第六章 动物实验用局部生物活性化金属钛复合植入体的设计
• 6.1 方法与过程
• 6.2 点云数据的获得
• 6.3 曲面的构建
• 6.4 实体模型
• 6.5 假体的定性力学分析
• 6.6 本章小结
• 第七章 全文总结与展望
• 7.1 全文总结
• 7.2 本文的创新点和主要贡献
• 7.3 今后研究工作展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读博士学位期间发表的论文
• 申请专利