羟基磷灰石增强聚己内酯复合材料的制备及其性能研究

论文摘要

羟基磷灰石（HA）生物陶瓷具有优异的生物相容性、生物活性和骨传导性,近二十多年来,一直是骨替换材料研究的热点。然而其脆性大,塑形难及相对低强度的缺点,使其在临床应用上受到了很大的限制。因此,HA常被用来与天然、合成聚合物复合,增强聚合物基体,并赋予聚合物良好的生物活性及骨传导性。本课题首先研究了两种形貌（短棒状、颗粒状）羟基磷灰石分别通过熔融共混法、溶液混合法及溶液-热共混二次混合法与聚己内酯（PCL）复合制备HA/PCL复合材料,并通过力学拉伸等测试方法评价复合材料性能。结果显示,通过三种方法制备的复合材料两相中均没有形成化学的键合,只是物理的结合。溶液-热共混二次混合法对基体中的HA颗粒具有更为良好的分散效果,通过这种方法制备的复合材料力学性能优于其它两种工艺制备的复合材料,颗粒状HA对PCL的增强效果优于短棒状HA的增强效果。课题接着研究了颗粒状HA经硅烷偶联剂改性后通过溶液-热共混二次混合法增强PCL复合材料。结果表明硅烷改性能有效的提高HA颗粒在PCL基体中的分散性,且增强相颗粒与基体结合紧密。其中,KH792改性效果最佳,其改性后的复合材料力学强度优于其它两种硅烷改性效果。且实验发现,当硅烷偶联剂含量为2%时,改性效果最佳,经此含量的KH560、KH570及KH792改性的复合材料拉伸强度依次提高了16.4%,23.4%和34.5%,弹性模量提高最大超过2倍。实验最后研究了复合材料的生物学评价。材料生物矿化实验结果表明,经过2倍模拟体液浸泡21天后,未经改性和经过硅烷改性的复合材料表面都沉积了一层弱结晶的HA涂层,表明复合材料具有良好的生物活性。细胞培养结果发现,未经改性及经KH792和KH570改性的复合材料表面细胞粘附及增值情况良好,细胞活性较高。其中,未经改性的复合材料表面细胞数量及活性最高,其次为KH792改性的复合材料,这说明这几种材料材料生物相容性良好。而KH560改性后的复合材料表面细胞数量及活性随着培养时间增加而减少,说明这种材料表面性质不利于细胞的增值。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 前言
• 1.2 生物医用复合材料
• 1.3 医用无机/聚合物复合材料的制备方法
• 1.3.1 共混法（混炼—模压）
• 1.3.2 原位聚合法
• 1.3.3 溶胶-凝胶法
• 1.3.4 直接分散法
• 1.3.5 原位生成法
• 1.4 复合材料的界面
• 1.4.1 界面润湿性对复合材料的影响
• 1.4.2 界面结合力与结合类型
• 1.4.3 复合材料界面改性
• 1.5 偶联剂对复合材料界面结合的作用
• 1.5.1 硅烷偶联剂
• 1.5.2 硅烷偶联剂的偶联机理及选用原则
• 1.5.3 硅烷偶联剂用量的确定
• 1.5.4 硅烷偶联剂在复合材料中的应用
• 1.6 羟基磷灰石（HA）/聚合物复合生物材料
• 1.6.1 HA/聚合物复合生物材料的种类
• 1.6.2 HA与聚己内酯的复合
• 1.7 本课题研究目的及意义
• 1.7.1 课题的研究意义
• 1.7.2 课题的研究目的
• 1.8 本课题的研究内容和技术路线
• 1.8.1 研究内容
• 1.8.2 技术路线
• 第2章 羟基磷灰石（HA）/聚己内酯（PCL）复合材料的制备
• 2.1 引言
• 2.2 HA/PCL的制备与表征方法
• 2.2.1 实验原料与仪器设备
• 2.2.2 HA/PCL的制备工艺
• 2.2.3 HA/PCL的成型工艺
• 2.2.4 HA/PCL性能表征与成份检测方法
• 2.3 制备工艺及HA形貌对HA/PCL复合材料性能影响
• 2.3.1 HA/PCL两相间作用效果分析
• 2.3.2 制备工艺对HA/PCL熔融温度和结晶化温度的影响
• 2.3.3 制备工艺及HA形貌对复合材料力学性能的影响
• 2.3.4 制备工艺对HA颗粒在PCL中分散性的的影响
• 2.4 本章小结
• 第3章 硅烷偶联剂改性HA/PCL复合材料
• 3.1 引言
• 3.2 硅烷改性HA/PCL的制备与表征方法
• 3.2.1 实验原料和仪器设备
• 3.2.2 改性HA/PCL实验方案
• 3.2.3 改性后HA/PCL性能表征与成份检测的方法
• 3.3 硅烷偶联剂对HA/PCL改性效果评价
• 3.3.1 硅烷偶联剂对HA颗粒改性效果表征
• 3.3.2 硅烷改性对HA/PCL熔融温度和结晶化温度的影响
• 3.3.3 硅烷改性对HA/PCL力学性能的影响
• 3.3.4 硅烷改性对HA颗粒在PCL中的分散性及形貌的影响
• 3.4 本章小节
• 第4章 HA/PCL复合材料的生物学评价
• 4.1 引言
• 4.2 HA/PCL复合材料生物矿化
• 4.2.1 模拟体液的制备及材料矿化实验过程
• 4.2.2 材料矿化的表征与检测方法
• 4.2.3 矿化结果与讨论
• 4.2.4 小结
• 4.3 HA/PCL复合材料表面细胞培养
• 4.3.1 细胞培养材料及方法
• 4.3.2 细胞培养结果与讨论
• 4.3.3 小结
• 4.4 本章小结
• 结论
• 致谢
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表论文