CPC水化过程液固态演化及其复合材料的研究

论文摘要

磷酸钙骨水泥（CPC）以其良好的生物相容性、骨诱导性及可降解性被广泛应用于牙科、整形外科及骨重建手术中的骨替代领域。但CPC有其固有的缺陷,如脆性大、力学强度较低、降解和骨替代速度较慢等,并且CPC植入体常会引起术后发炎感染,使其临床应用受到限制,因此制备强度较高并且可以在人体内缓慢释放药物的CPC复合材料具有重要的现实意义。此外,CPC水化过程中液固态演化方面的研究还不全面,不同程度的影响了CPC的改进设计。本文基于上述问题,首先制备了αH-TCP和TTCP/DCPA两种骨水泥粉体,利用XRD分析、SEM观察、DSC分析,尤其是首次采用了液态XRD分析等方法,对两种CPC由液态到固态演化过程中的物相、微观结构及热效应等的变化情况进行了动态的检测观察;然后将TTCP/DCPA骨水泥粉体与可降解高分子聚合物聚乳酸（PLA）,以及抗生素头孢唑啉钠（Cefazolin）复合,制备出CPC/PLA/Cefazolin复合材料,使其同时获得良好的力学性能与抗菌功能,并对复合材料的抗压强度、微观结构、降解情况和药物缓释情况等进行了研究。通过对两种CPC水化过程的比较分析得出,αH-TCP和TTCP骨水泥粉体水化时的液固态演化过程呈现大致相同的规律,水化过程可分为早期、中期、后期三个阶段。物相上,反应物逐渐溶解并反应生成主晶相羟基磷灰石（HA）;微观结构从少而分散的点状结构,到薄膜结构,再到突出的点状结构,进而演变为棒状或针状结构,同时还存在一种密集的不规则皱状结构;水化放热曲线同水泥的相似,水化反应可分为初始期、诱导期、加速反应期、减速反应期、稳定期五个阶段,每个阶段反应的控制机理不同;液态XRD检测出的信号变化与其液固态演化的规律基本一致,初始时液体中原子团簇排列的混乱度很大,主要以非晶状态存在,水化过程中,液态结构的变化较为稳定,液体中的团簇结构没有突变现象发生,而是作为晶胚直接形核,其形核方式为“稳定形核模式”,随着HA逐渐晶化,团簇的有序度也逐渐提高。在复合材料制备过程中,采用将CPC粉体与PLA颗粒球磨混合,将Cefazolin粉末溶于去离子水中制成调和液,使药物在固液相混合时载入的方法,成功制备出CPC/PLA/Cefazolin复合材料。Cefazolin的载入使CPC基体的孔隙增多,强度降低,而复合进PLA后,可使基体结构更加密实,孔隙减少,强度大幅度提高,并且可以缓和Cefazolin对材料抗压强度的减弱作用。通过对材料降解性能的研究,发现HA的降解不太显著,加入PLA后,由于PLA的降解速度较快,降解后形成较大的孔洞,可加快HA的降解,而且形成的多孔结构利于成骨细胞的粘附、迁移和增殖。复合材料前期的体外缓释研究表明,该载药复合材料具有药物缓释的功能,初期缓释速度较快,5d左右后,基本趋于稳定;载药量对缓释作用有一定的影响,载药量越大,初期缓释速度越快,总释药量也越大;PLA的加入对药物的前期释放也有影响,载药量较高时可促进药物的释放,而载药量较低时会阻滞药物的释放。此外,PLA的降解对药物的长期释放有积极的作用,50d后缓释仍在进行。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 CPC材料的研究现状
• 1.2.1 CPC的主要种类
• 1.2.2 CPC的水化研究
• 1.2.3 CPC的应用现状
• 1.2.4 CPC的研究热点
• 1.3 CPC生物复合材料的研究现状
• 1.3.1 增强性添加成分
• 1.3.2 抗生素缓释系统
• 1.4 研究内容与意义
• 1.4.1 问题的提出
• 1.4.2 研究的意义
• 1.4.3 主要研究内容
• 第二章 实验设计
• 2.1 实验内容
• 2.2 主要仪器设备
• 2.3 实验安排
• 2.3.1 CPC粉体的制备
• 2.3.2 CPC粉体水化过程液固态演化
• 2.3.3 载药CPC复合增强材料的制备
• 2.3.4 复合材料的降解
• 2.3.5 复合材料的体外缓释
• 2.4 性能及表征
• 2.4.1 力学性能
• 2.4.2 物相分析
• 2.4.3 微观结构观察
• 2.5 技术路线
• 第三章 CPC水化过程液固态演化研究
• 3.1 引言
• 3.2 CPC粉体的制备
• H-TCP骨水泥粉体的制备'>3.2.1 α_H-TCP骨水泥粉体的制备
• 3.2.2 TTCP/DCPA骨水泥粉体的制备
• 3.3 CPC粉体水化过程液固态演化研究
• 3.3.1 XRD分析
• 3.3.2 液态XRD分析
• 3.3.3 SEM分析
• 3.3.4 DSC分析
• 3.3.5 热力学分析
• 3.3.6 水化过程小结
• 3.4 本章小结
• 第四章 CPC复合材料的研究
• 4.1 引言
• 4.2 CPC复合材料的制备
• 4.3 复合材料的性能及表征
• 4.3.1 复合材料的力学性能
• 4.3.2 复合材料水化物的物相及微观结构分析
• 4.3.3 增强作用简析
• 4.4 复合材料的降解情况
• 4.4.1 HA的降解
• 4.4.2 PLA的降解
• 4.5 复合材料的体外缓释情况
• 4.5.1 实验内容
• 4.5.2 前期缓释结果
• 4.5.3 前期释药情况分析
• 4.5.4 药物释放机理简析
• 4.5.5 长期缓释情况
• 4.6 本章小结
• 第五章 结论
• 参考文献
• 致谢
• 论文及专利
• 学位论文评阅及答辩情况表