羟基磷灰石/聚酰胺/聚乙烯三元复合仿生材料研究

论文摘要

模仿骨组织的无机和有机复合构造而发展起来的纳米磷灰石复合材料因其仿生性而成为生物医用材料的研究热点。随着研究的深入，发现生物材料在组织的形成过程中并非一直处于被动地位，材料的表面组成、微观结构等对细胞的黏附、伸展、迁移、增殖、定向分化、基质分泌以及组织形成等一系列生物活动均会产生重要影响。并且生物体系从结构、生长到功能都是一个不可分割的整体，作为与活性细胞组织接触并引发相互界面作用的生物材料，应从宏观和微观出发进行多层次的结构设计。至今相关的研究报道还非常少。 从骨的显微结构分析得知，骨组织是一种具有亲、疏水微区分相结构的纳米磷灰石／胶原复合材料，组成胶原微纤维的原胶原以精细的方式，同轴排列形成微纤维，构成胶原的非极性区和极性区以64nm～70nm间隔存在微区分相结构。因此，本论文将材料学与生物学有机地结合，模仿骨组织的微观结构，对材料进行多层次的结构设计，利用聚酰胺（Polyamide，PA）和聚乙烯（Polyethylene，PE）的高分子合金技术和纳米无机粒子的充填技术，制备出一种微观仿生、宏观功能完善的新型纳米复合仿生材料——羟基磷灰石／聚酰胺／聚乙烯复合材料（Hydroxyapatite，polyamide and polyethylene composite，HA-PAE）。这种复合仿生材料既具有良好的力学性能，能满足骨修复的良好支撑和应力传递，加工方便；又从微观上模仿骨组织的亲、疏水微区分相结构，利于骨组织细胞的黏附和生长；纳米羟基磷灰石（Hydroxyapaitte，HA）晶体均匀分布于复合材料基体中，为组织再生修复提供良好的生物活性，以此实现从宏观到微观层次上骨修复材料的构建。 在复合仿生材料体系中，均匀分散的相结构是材料拥有稳定性能的保证。因此，本论文重点探讨了获得均匀分散相结构的工艺途径。根据共混理论对羟基磷灰石／聚酰胺／聚乙烯三元材料的复合工艺进行设计，构筑材料的仿生微相

论文目录

• 中文摘要
• 英文摘要
• 目录
• 第一章 纳米复合材料
• 1.1 引言
• 1.2 纳米复合材料的定义及分类
• 1.2.1 纳米复合材料的定义
• 1.2.2 纳米复合材料的分类
• 1.3 聚酰胺基纳米复合材料
• 1.3.1 聚酰胺纳米复合材料的分类
• 1.3.1.1 层状无机物改性聚酰胺纳米复合材料
• 1.3.1.2 无机纳米粒子增强聚酰胺复合材料
• 1.3.1.3 聚合物／聚酰胺分子复合材料
• 1.3.2 聚酰胺基纳米复合材料的制备方法
• 1.3.2.1 层间插入法
• 1.3.2.2 溶胶-凝胶法
• 1.3.2.3 直接分散法
• 1.3.2.4 分子复合法
• 1.3.2.5 超声波法
• 1.3.3 聚酰胺纳米复合材料的应用
• 1.4 纳米复合材料的发展趋势
• 1.4.1 材料设计的高级化
• 1.4.2 材料组成的多元化
• 1.4.3 材料功能的专业化和智能化
• 1.4.4 材料应用的广泛化
• 参考文献
• 第二章 骨修复用纳米复合仿生材料的设计
• 2.1 现有骨修复材料设计
• 2.2 新的设计思路
• 2.3 新型骨修复用纳米复合仿生材料的设计
• 2.3.1 骨组织的微观结构
• 2.3.2 材料组分的选择
• 2.3.3 制备工艺的选择
• 2.3.3.1 PA与PE相的分散
• 2.3.3.2 纳米羟基磷灰石的分散
• 2.4 论文主要研究内容
• 参考文献
• 第三章 组成对羟基磷灰石／聚酰胺／聚乙烯复合仿生材料性能的影响
• 3.1 引言
• 3.2 实验部分
• 3.2.1 原材料
• 3.2.2 主要设备
• 3.2.3 制备方法
• 3.2.4 性能测试
• 3.3 结果与分析
• 3.3.1 PE含量对复合材料结构和性能的影响
• 3.3.1.1 力学性能
• 3.3.1.2 SEM照片
• 3.3.1.3 EDX图谱
• 3.3.1.4 吸水率和接触角测试
• 3.3.2 HA含量对复合材料结构和性能的影响
• 3.3.2.1 力学性能
• 3.3.2.2 SEM照片
• 3.3.2.3 EDX图谱
• 3.3.2.4 吸水率和接触角测试
• 3.3.3 复合材料相界面作用的研究
• 3.3.3.1 IR图谱
• 3.3.3.2 XRD图谱
• 3.3.3.3 DSC曲线
• 3.4 本章小结
• 参考文献
• 第四章 增容剂对羟基磷灰石／聚酰胺／聚乙烯复合仿生材料性能的影响
• 4.1 引言
• 4.2 实验部分
• 4.2.1 原材料
• 4.2.2 主要设备
• 4.2.3 制备方法
• 4.2.4 性能测试
• 4.3 结果与分析
• 4.3.1 增容剂对复合材料结构与性能的影响
• 4.3.1.1 力学性能
• 4.3.1.2 SEM照片
• 4.3.1.3 EDX图谱
• 4.3.1.4 吸水率和接触角测试
• 4.3.2 增容剂对复合材料相界面作用的影响
• 4.3.2.1 IR图谱
• 4.3.2.2 XRD图谱
• 4.3.2.3 DSC曲线
• 4.4 本章小结
• 参考文献
• 第五章 制备方法对羟基磷灰石／聚酰胺／聚乙烯复合仿生材料性能的影响
• 5.1 引言
• 5.2 实验部分
• 5.2.1 原材料
• 5.2.2 复合工艺流程
• 5.2.3 主要设备
• 5.2.4 性能测试
• 5.3 结果与分析
• 5.3.1 制备方法对复合材料结构和性能的影响
• 5.3.1.1 力学性能
• 5.3.1.2 SEM照片
• 5.3.1.3 EDX图谱
• 5.3.1.4 吸水率和接解角测试
• 5.3.2 制备方法对复合材料相界面的影响
• 5.3.2.1 IR图谱
• 5.3.2.2 XRD图谱
• 5.3.2.3 DSC曲线
• 5.4 本章小结
• 参考文献
• 第六章 羟基磷灰石／聚酰胺／聚乙烯复合仿生材料的生物学性能研究
• 6.1 引言
• 6.2 细胞实验
• 6.2.1 主要试剂和仪器
• 6.2.1.1 实验样品
• 6.2.1.2 细胞来源
• 6.2.1.3 主要试剂
• 6.2.1.4 主要仪器
• 6.2.2 细胞培养
• 6.2.2.1 细胞培养液配置
• 6.2.2.2 细胞复苏
• 6.2.2.3 细胞活力检测
• 6.2.3 实验分组和实验方法
• 6.2.3.1 实验分组
• 6.2.3.2 实验方法
• 6.2.4 实验结果
• 6.2.5 分析与评价
• 6.3 动物实验
• 6.3.1 主要药品、仪器和实验方法
• 6.3.1.1 样品
• 6.3.1.2 药品
• 6.3.1.3 仪器
• 6.3.1.4 动物模型
• 6.3.1.5 组织切片制备
• 6.3.2 实验过程
• 6.3.2.1 颅顶缺损修复
• 6.3.2.2 股骨内埋置
• 6.3.3 实验结果
• 6.3.3.1 实验动物观察结果
• 6.3.3.2 颅顶缺损修复
• 6.3.3.2 股骨内埋置
• 6.3.4 分析与评价
• 6.4 本章小结
• 参考文献
• 7 全文总结与研究展望
• 7.1 全文研究总结
• 7.1.1 组成对羟基磷灰石／聚酰胺／聚乙烯复合仿生材料性能的影响
• 7.1.2 增容剂对羟基磷灰石／聚酰胺／聚乙烯复合仿生材料性能的影响
• 7.1.3 制备方法对羟基磷灰石／聚酰胺／聚乙烯复合仿生材料性能的影响
• 7.1.4 羟基磷灰石／聚酰胺／聚乙烯复合仿生材料的生物学性能研究
• 7.2 后续研究工作及展望
• 附录一：在读期间专利及发表和完成的论文情况
• 致谢