碳纤维增强α-磷酸三钙骨水泥的研究

论文摘要

磷酸钙骨水泥与其他骨修复材料相比,具有良好的生物相容性、骨传导性、可生物降解性,临床手术时可根据骨缺损情况任意塑型,在体内中能自行凝固,因此是一种较理想的骨修复材料。近年来,以磷酸钙骨水泥为基体的复合生物医学材料不断发展。复合材料通常能够兼具各种材料的优点,弥补单一材料的不足,因而成为了生物材料发展的一种新趋势。碳纤维具有优良的生物相容性、生物稳定性和力学性能,可作为复合材料的增强、增韧剂,碳素材料已被广泛用于生物医用材料。本研究首次采用碳纤维与磷酸三钙粉末（α-TCP）制备骨水泥复合材料,对超细α-TCP 粉末的制备,碳纤维的表面处理,复合材料的制备、物性以及材料在体外溶解稳定性进行了系统研究。以碳酸钙和磷酸为原料,采用反加料法,制备TCP 前驱体粉末,再将TCP 前驱体粉末在1260℃下保温煅烧1 小时,在空气中骤冷得到α-TCP 粉末。α-TCP 粉末粉料粒度均匀,粒径d50 为0.54μm。采用0.25M NaH2PO4/Na2H PO4 调和液调和,其初凝时间为4min,终凝时间为15min,满足临床手术要求。浸泡5d 后,抗压强度为38.2MPa。骨水泥粉体颗粒水化后,转化为细小的羟基磷灰石（HA）针状晶体,构成近似球体的团簇,以降低表面活化能,增加材料的稳定性。经硝酸氧化处理的碳纤维表面含更多的含氧基团,然后将处理后的碳纤维与α-TCP 骨水泥混合,制备骨水泥复合材料。该复合材料的最大抗压强度比纯α-TCP 骨水泥块的最大抗压强度提高22%,而凝结时间无明显变化。以上骨水泥复合材料固化后浸泡于37℃生理盐水中,固化体会引起浸泡液pH 值降低,但降低幅度较小,对人体刺激小。固化体有一定的钙溶解,

论文目录

• 第一章 前言
• 1.1 骨缺损及骨的组成
• 1.1.1 骨缺损
• 1.1.2 骨的组织形态及其结构
• 1.1.3 骨的成分
• 1.1.4 骨的生物力学特性
• 1.2 骨修复材料的研究及其发展
• 1.2.1 骨修复材料的种类
• 1.2.2 理想的骨修复材料
• 1.3 骨水泥的发展
• 1.4 磷酸钙骨水泥CPC 的性能
• 1.4.1 磷酸钙骨水泥CPC 的水化和硬化研究
• 1.4.2 磷酸钙骨水泥的降解机理
• 1.5 磷酸钙骨水泥的研究进展
• 1.5.1 磷酸钙骨水泥存在的主要不足
• 1.5.2 以CPC 为基体的复合材料
• 1.5.3 CPC 作为药物载体的实验
• 1.5.4 CPC 用于骨折治疗中的辅助作用
• 1.5.5 可注射的新型CPC
• 1.5.6 CPC 的生物相容性
• 1.6 碳纤维在生物医学领域的应用
• 1.6.1 碳纤维的种类
• 1.6.2 碳纤维的制备
• 1.6.3 碳纤维的化学性能
• 1.6.4 碳纤维的强度
• 1.6.5 碳纤维的生物相容性
• 1.6.6 碳纤维复合医用材料的研究进展
• 1.6.7 碳纤维的表面处理
• 1.7 本章小结
• 1.8 本研究设想
• 第二章 磷酸钙骨水泥的制备
• 2.1 热力学分析
• 2.1.1 磷酸钙化合物在水溶液中的离解
• 2.1.2 磷酸与碳酸钙反应的可能性和限度
• 2.2 磷酸三钙粉末的制备
• 2.2.1 原料、分析及检测方法
• 2.2.2 TCP 前驱体的制备
• 2.2.3 α-TCP 粉末的制备
• 2.2.4 调和液对骨水泥物理性能的影响
• 2.2.5 α-TCP 骨水泥的凝固性能
• 2.2.6 α-TCP 骨水泥的抗压强度
• 2.2.7 α-TCP 钙磷比测定结果
• 2.3 本章小结
• 第三章 碳纤维增强α-TCP 骨水泥的制备及性能研究
• 3.1 原料及制备工艺
• 3.1.1 实验原料
• 3.1.2 制备工艺
• 3.2 碳纤维的表面处理
• 3.2.1 扫描电镜分析
• 3.2.2 红外光谱分析
• 3.3 骨水泥水化性能研究
• 3.3.1 骨水泥固化体的物相
• 3.3.2 骨水泥固化体的形貌
• 3.4 复合骨水泥的物性研究
• 3.4.1 复合骨水泥抗压强度的研究
• 3.4.2 凝固时间测定
• 3.5 骨水泥的稳定性研究
• 3.5.1 水化过程中浸泡液pH 值的变化
• 3.5.2 水化过程中浸泡液钙离子浓度的变化
• 3.6 本章小结
• 全文总结
• 论文创新点
• 参考文献
• 申明
• 致谢