纳米羟基磷灰石增强聚酰胺66骨修复复合材料的结构和性能研究

论文摘要

由于羟基磷灰石(Hydroxyapatite，HA，化学式为Ca10（PO4）6（OH）2)具有与人骨中主要无机矿物相相似的化学组成和结构，多年来一直被用作整形外科和牙科的植入材料。羟基磷灰石能诱导新骨的形成，并能与周围骨组织形成牢固的键合。然而，羟基磷灰石的低断裂强度，限制了它不能用作承重部位的骨修复材料。因此，开发和研制具有良好的力学性能和优异的生物活性与生物相容性的复合生物材料，以满足人体硬组织修复的需要，一直是生物医学工程领域研究的热点和难点问题。对于生物活性复合材料而言，常常是采用常规的塑料加工工艺，将生物陶瓷用来增强聚合物基体来制备。 纳米羟基磷灰石（Nano-hydroxyapatite，n-HA）增强聚酰胺66（Polyamide 66，PA66）复合材料（n-HA／PA66）是李玉宝等人近年来研发的一种新型的，可用于承重部位骨修复的复合生物材料。该复合材料中，羟基磷灰石可以以纳米尺寸分布在聚合物基体中，且羟基磷灰石的含量可达到65wt％。n-HA含量为62.5wt％的该复合材料的弯曲强度，拉伸强度和压缩强度分别可达到95，79和117MPa，而人骨的弯曲强度，拉伸强度和压缩强度分别80-100，60-120，50-140MPa，由此可见这些结果与人骨的力学性能很接近。此外，该复合材料的弹性模量为5.6GPa，也在自然骨的弹性模量（3-25GPa）范围之内。而其它一些生物材料，如生物陶瓷和

论文目录

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• 目录
• 第一章 生物活性骨修复复合材料研究进展
• 1.1 概述
• 1.2 天然骨组织的结构及功能概述
• 1.2.1 天然骨组织的复合材料特性及其微观结构
• 1.2.2 骨组织的物理性能及其影响因素
• 1.2.2.1 骨含水量对骨力学性能的影响
• 1.2.2.2 环境温度对骨力学性能的影响
• 1.2.2.3 应变对骨力学性能的影响
• 1.3 构建骨修复生物复合材料的一般原理
• 1.4 生物活性骨修复复合材料发展及其现状
• 1.4.1 复合材料的定义及其特征
• 1.4.2 生物活性骨修复复合材料的设计策略及分类
• 1.4.2.1 生物活性骨修复复合材料的设计策略
• 1.4.2.2 生物活性骨修复复合材料的分类
• 1.4.3 影响生物活性骨修复复合材料性能的因素
• 1.4.4 生物活性复合材料的成型加工技术
• 1.4.5 聚合物基骨修复材料的研究进展
• 1.4.5.1 磷酸钙与聚合物复合
• 1.4.5.2 生物活性玻璃与聚合物复合
• 1.5 本论文研究的目的、意义和设想
• 参考文献
• 第二章 n-HA/PA66复合材料中两相间作用机理研究
• 2.1 引言
• 2.2 实验部分
• 2.2.1 实验材料
• 2.2.2 红外光谱（FT-IR）实验
• 2.2.3 X射线衍射（XRD）实验
• 2.2.4 DSC实验
• 2.3 结果与讨论
• 2.3.1 复合过程中n-HA与PA66的相互作用
• 2.3.2 红外光谱（IR）结果分析
• 2.3.3 X射线衍射（XRD）结果分析
• 2.3.4 DSC结果分析
• 2.4 结论
• 参考文献
• 第三章 n-HA/PA66复合材料的热稳定及结晶性能研究
• 3.1 引言
• 3.2 材料和方法
• 3.2.1 材料
• 3.2.2 n-HA/PA66复合材料的制备
• 3.2.3 热重分析
• 3.2.4 非等温结晶行为分析
• 3.3 结果与讨论
• 3.3.1 热重结果分析
• 3.3.2 差示量热分析（DSC）
• 3.3.2.1 PA66和n-HA/PA66的熔融行为
• 3.3.2.2 PA66和n-HA/PA66复合材料的非等温结晶行为
• 3.4 结论
• 参考文献
• 第四章 HA/PA66复合生物材料的力学性能研究
• 4.1 引言
• 4.2 材料和方法
• 4.2.1 材料的制备
• 4.2.2 实验设备
• 4.2.3 实验方法
• 4.3 结果与讨论
• 4.3.1 n-HA的含量对复合材料力学性能的影响
• 4.3.2 羟基磷灰石的粒径对复合材料力学性能的影响
• 4.3.3 生理盐水对n-HA/PA66复合材料物理性能的影响
• 4.3.3.1 生理盐水对复合材料尺寸稳定性的影响
• 4.3.3.2 生理盐水对复合材料的力学性能的影响
• 4.3.4 复合材料的断口形貌分析
• 4.3.4.1 复合材料脆断面的断口形貌分析
• 4.3.4.2 复合材料与人骨压缩断口形貌比较分析
• 4.4 结论
• 参考文献
• 第五章 n-HA/PA66复合材料动态力学性能分析
• 5.1 引言
• 5.2 实验部分
• 5.2.1 原料
• 5.2.2 样品的制备
• 5.2.3 动态力学性能试验
• 5.3 结果与讨论
• 5.3.1 纳米羟基磷灰石含量的影响
• 5.3.2 振动频率对复合材料性能的影响
• 5.3.3 生理盐水对复合材料性能的影响
• 5.4 结论
• 参考文献
• 第六章 加工工艺对n-HA/P66结晶行为和力学性能的影响
• 6.1 引言
• 6.2 材料和方法
• 6.2.1 原材料
• 6.2.2 样品制备
• 6.2.3 测试方法
• 6.2.3.1 X射线衍射（XRD）实验
• 6.2.3.2 DSC分析
• 6.2.3.3 力学性能试验
• 6.3 结果与讨论
• 6.3.1 XRD结果分析
• 6.3.2 DSC结果分析
• 6.3.3 力学性能测试结果分析
• 6.3.4 断口形貌分析
• 6.4 结论
• 参考文献
• 第七章 灭菌处理对n-HA/PA66复合材料性能的影响
• 7.1 引言
• 7.2 材料和方法
• 7.2.1 样品的准备
• 7.2.2 试验方法
• 7.2.2.1 灭菌处理
• 7.2.2.2 结晶形态分析
• 7.2.2.3 化学官能团分析
• 7.2.2.4 力学性能测试
• 7.2.2.5 断口形貌分析
• 7.3 结果与讨论
• 7.3.1 灭菌过程对复合材料中n-HA和PA66晶体结构的影响
• 7.3.2 灭菌过程对复合材料表面功能团的影响
• 7.3.3 灭菌过程对复合材料力学性能的影响
• 7.3.4 PA66和复合材料灭菌处理后的断口形貌观察
• 7.4 结论
• 参考文献
• 第八章 n-HA/RA66复合材料仿生椎体和椎板的性能评价
• 8.1 仿生椎体研究概况
• 8.1.1 人体脊柱的结构及其生理功能
• 8.1.2 人体脊柱的损伤、病变及其危害
• 8.1.3 用于人体脊柱病变、损伤修复的人工椎体应用现状
• 8.2 n-HA/PA66复合材料仿生椎板和椎体
• 8.3 n-HA/PA66复合材料仿生椎体、椎板体外性能评价
• 8.3.1 仿生椎体和椎板体外性能评价的样品制备
• 8.3.2 椎板的体外力学性能试验
• 8.3.3 不同开槽、开孔方式对仿生椎体力学性能的影响
• 8.3.4 生理盐水对仿生椎体尺寸稳定性的影响
• 8.4 结果与讨论
• 8.4.1 仿生椎板的尺寸大小及其受力方向对其压缩强度的影响
• 8.4.2 精加工工艺对仿生椎体力学性能的影响
• 8.4.2.1 直径对仿生椎体压缩强度的影响
• 8.4.2.2 椎体的开槽方式对其力学性能的影响
• 8.4.2.3 椎体表面的开孔位置及端面开槽方向对力学性能的影响
• 8.4.3 生理盐水对仿生椎体尺寸稳定性的影响
• 8.5 仿生椎体和椎板的临床应用
• 8.6 结论
• 参考文献
• 第九章 研究总结和展望
• 9.1 本论文研究总结
• 9.2 展望
• 附录一: 博士在读期间发表的论文和专利
• 致谢