多孔聚乳酸/双相钙磷陶瓷复合支架的制备及性能研究

论文摘要

多孔双相钙磷（biphasic calcium phosphate, BCP）生物活性陶瓷,不仅具有良好的生物相容性,还具有独特可控制的降解性能,因而成为材料工作者研究的热点之一。然而,BCP存在脆性大、韧性差、弹性模量过高,以及多孔支架在高孔隙率时强度低的缺陷,限制了它在骨科方面的临床应用。众多研究表明,复合材料的使用可以取长补短,充分发挥各组分的优势。本文用化学沉淀法制备缺钙羟基磷灰石（d-HA）,采用致孔剂法在自制压样机中制备出支架坯体。在1050℃烧结后的到多孔BCP生物活性陶瓷支架。将聚乳酸（PLA）溶解后在低真空下充入多孔支架复合,同时引入纳米d-HA提高支架的生物活性。得到了在结构上具备仿真骨特点的多孔纳米d-HA/PLA/BCP生物活性陶瓷复合支架。将复合支架在磷酸缓冲液和模拟体液中进行体外降解实验,研究复合支架的pH、质量、孔隙率和强度变化,以及类骨磷灰石的形成。本文研究了pH对d-HA生成和钙磷莫尔比的影响,在7.2-8.2之间获得了不同钙磷比的d-HA。其缺钙程度取决于反应体系的pH,钙磷比随pH的增加而增加。研究了致孔剂用量对多孔支架孔隙率、吸水率和强度的影响。当致孔剂与d-HA比例为1.75:1（W:W）,得到了孔隙率为78%,吸水率为50%,强度为1.95MPa的多孔支架。支架的扫描电镜观察其孔隙结构完整、分布均匀、连通性好,大孔的的孔径在400-600μm之间,大孔之间有小孔连通。复合后支架的强度提高,孔隙率有较小减少。扫描电镜显示,PLA均匀复合在支架孔隙表面,支架孔隙结构和孔径没有较大改变,孔隙之间仍然保持相互连通。纳米d-HA和PLA共同复合后,吸水率比PLA/BCP复合支架增加,接近BCP支架的吸水率。支架孔隙形貌和孔径与聚乳酸复合支架相似,但孔隙表面变得粗糙,有利于细胞的长入和增殖。模拟体液体外降解实验表明,纳米d-HA/PLA/BCP多孔复合支架有更多的类骨磷灰石形成。磷酸缓冲液降解显示,纳米d-HA的加入能有效的中和PLA降解产生的酸性。在降解过程中,复合支架的质量有少量增加,孔隙率基本没有变化,支架的强度下降缓慢。在4个月后支架强度为3MPa,与未降解支架相比下降了24.1%。综上所述,PLA与烧结后的多孔支架复合是一种快速、实用的、能构建满足组织工程需求的支架方法。PLA复合能有效的提高支架的强度和韧性,并且使支架在降解过程中强度得以保持。本文首次将纳米d-HA与PLA共同与BCP多孔支架复合,使支架具有较好的较好的孔隙率和吸水率和较强的类骨磷灰石生成能力。纳米d-HA/PLA/BCP多孔复合支架性能能满足组织工程需求,在组织工程中具有广泛的应用价值。

论文目录

• 中文摘要
• 英文摘要
• 1 绪论
• 1.1 前言
• 1.2 骨修复材料
• 1.2.1 骨修复材料的发展
• 1.2.2 骨修复材料的分类及其特点
• 1.2.3 骨修复材料的发展方向
• 1.3 双相钙磷陶瓷材料
• 1.3.1 制备方法
• 1.3.2 BCP 的性能
• 1.4 聚乳酸复合材料的研究进展
• 1.4.1 复合方法
• 1.4.2 影响复合材料性能的因素以及性能增强方法
• 1.5 本研究的目的、意义及内容
• 2 多孔双相钙磷陶瓷支架制备
• 2.1 引言
• 2.2 实验部分
• 2.2.1 试剂及设备
• 2.2.2 d-HA 的合成
• 2.2.3 多孔支架的制备
• 2.2.4 粉体的分析
• 2.2.5 BCP 支架成分测定及表征
• 2.3 结果与讨论
• 2.3.1 粉体的物相分析
• 2.3.2 pH 对粉体钙磷比的影响
• 2.3.3 支架红外分析
• 2.3.4 支架的孔隙率，吸水率和抗压强度
• 2.3.5 烧结温度对支架强度的影响
• 2.3.6 支架内部结构的扫描电镜观察
• 2.4 本章小结
• 3 复合支架的制备
• 3.1 引言
• 3.2 实验部分
• 3.2.1 试剂及设备
• 3.2.2 PLA/BCP 复合支架的制备
• 3.2.3 纳米d-HA 的合成
• 3.2.4 纳米d-HA /PLA/BCP 复合支架的制备
• 3.2.5 复合支架的测定和表征
• 3.3 结果与讨论
• 3.3.1 复合用溶剂的选择
• 3.3.2 PLA/BCP 复合支架的红外图谱
• 3.3.3 PLA/BCP 复合支架的孔隙率和吸水率
• 3.3.4 纳米d-HA 引入PLA/BCP 复合支架对性能的改变
• 3.3.5 复合支架孔隙形态的扫描电镜观察
• 3.4 本章小结
• 4 复合支架的体外降解
• 4.1 引言
• 4.2 实验部分
• 4.2.1 试剂及设备
• 4.2.2 模拟体液浸泡
• 4.2.3 磷酸缓冲溶液中降解
• 4.2.4 体外降解复合材料的性能表征
• 4.3 结果与讨论
• 4.3.1 降解过程中降解液的pH 变化
• 4.3.2 降解过程中的重量变化
• 4.3.3 复合支架降解过程中孔隙率和强度变化
• 4.3.4 复合支架降解过程中扫描电镜观察
• 4.4 本章小结
• 5 结论与展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录