硅灰石复合磷酸盐骨水泥的制备及其性能研究

论文摘要

磷酸钙骨水泥（CPC）,是一种新型的人工骨替代材料。CPC由粉剂和调和液组成,当粉剂和液剂调和成浆体后可在室温下自行固化,最后转变成与人体硬组织的结构和成分相似的羟基磷灰石（HA）。由于其具有良好的生物相容性和任意塑形的特点,解决了生物陶瓷成型差的缺点,从而受到国内外生物材料研究者和外科医生的关注。但是,CPC因其强度低而在临床应用上受到了一定的限制,因此,如何提高磷酸钙骨水泥的强度是目前许多学者研究的重要课题。本论文以氧化钙和二氧化硅为主要原料,采用熔融析晶法合成了硅灰石,并采用不同的粉碎方法对硅灰石进行粉碎,对粉碎工艺进行优化。以磷酸四钙、α-磷酸三钙、磷酸氢钙、碳酸钙、羟基磷灰石和焦磷酸钙为原料,配制了钙磷比为1.50磷酸钙骨水泥基础配方,并在此基础上添加不同量的针状硅灰石粉体,研究其加入量对磷酸钙骨水泥性能的影响。通过差热分析、XRD、SEM和光学显微镜方法对硅灰石的晶化条件、晶相组成和微观形貌进行了分析。研究不同粉碎方式对硅灰石长径比的影响。实验结果表明:熔融析晶法合成的硅灰石其主晶相为β-CaSiO3。对于不同粉碎方式,经气流磨粉碎后的硅灰石主要为针柱状结构,而介质搅拌磨破坏了硅灰石原有的针状结构,不适合生产大长径比的硅灰石。利用Gilmore针法测定骨水泥的初凝时间和终凝时间;用PHS-25数显pH计测定Ringer’s模拟液溶液的pH值;用微机控制电子万能试验机测定抗压强度;分别用X射线衍射仪（D/MAX-ⅢA型）和扫描电子显微镜（S-250MKⅡ型）对样品的物相和显微结构进行分析与观察。实验结果表明:在磷酸钙骨水泥中添加针状硅灰石可以缩短凝结时间,提高抗压强度。当骨水泥中添加3%的针状硅灰石,其性能达到最佳。其初、终凝时间分别为14min和28min,样品在Ringer’s模拟液溶液中浸泡两周后抗压强度为49.23 MPa,同时浸泡溶液的pH值变化幅度小（在7.3～7.8之间）,接近中性;通过XRD和SEM测试结果表明:适量的针状硅灰石促进针状羟基磷灰石的形成,使骨水泥结构更为紧密,从而提高骨水泥固化体的抗压强度。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 引言
• 第二章 文献综述
• 2.1 生物医用材料的发展
• 2.1.1 生物医用材料的意义
• 2.1.2 生物医用材料的种类
• 2.1.2.1 金属硬组织修复材料
• 2.1.2.2 高分子硬组织修复材料
• 2.1.2.3 陶瓷硬组织修复材料
• 2.2 骨水泥的发展
• 2.2.1 PMMA骨水泥
• 2.2.2 玻璃基骨水泥
• 2.2.3 磷酸钙骨水泥
• 2.3 磷酸钙骨水泥的特性
• 2.3.1 磷酸钙骨水泥的理化特性
• 2.3.2 磷酸钙骨水泥的生物学特性
• 2.3.3 对CPC的改性研究
• 2.3.3.1 优化磷酸钙骨水泥的制备条件
• 2.3.3.2 添加羟基磷灰石晶种
• 2.3.3.3 添加无机离子
• 2.3.3.4 与有机物或生物活性物质复合
• 2.4 磷酸钙骨水泥固化机理的研究
• 2.5 磷酸钙骨水泥的应用
• 2.5.1 修复骨缺损及骨折的治疗
• 2.5.2 作为药物或生物因子载体的临床应用
• 2.5.3 在骨折固定术中辅助加固
• 2.5.4 口腔医学临床应用
• 2.6 硅灰石的特性及其在生物医学领域的应用
• 2.6.1 硅灰石的特性
• 2.6.2 硅灰石的增韧机理
• 2.6.3 硅灰石在生物医学领域的应用
• 2.7 本论文的主要研究内容
• 第三章 实验部分
• 3.1 实验原料及仪器设备
• 3.2 实验过程
• 3.2.1 原料的制备
• 3.2.1.1 羟基磷灰石的制备
• 3.2.1.2 α-磷酸三钙的制备
• 3.2.1.3 磷酸四钙的制备
• 3.2.1.4 焦磷酸钙的制备
• 3.2.1.5 针状硅灰石的制备
• 3.2.1.6 硅灰石的粉碎
• 3.2.1.7 调和液的选择
• 3.2.2 骨水泥的制备
• 3.2.3 模拟体液浸泡实验
• 3.3 性能测试
• 3.3.1 粉体的性能测试
• 3.3.2 差热分析
• 3.3.3 磷酸钙骨水泥的性能测试
• 3.3.3.1 凝结时间的测定
• 3.3.3.2 模拟体液pH值的测定
• 3.3.3.3 骨水泥抗压强度的测试
• 3.3.3.4 物相和显微结构分析
• 第四章 结果与讨论
• 4.1 原料的表征
• 4.1.1 磷酸盐原料的物相分析
• 4.1.1.1 α-磷酸三钙
• 4.1.1.2 羟基磷灰石
• 4.1.1.3 磷酸四钙
• 4.1.1.4 焦磷酸钙
• 4.1.2 硅灰石晶化制度确定及其表征
• 4.1.2.1 玻璃的特征温度
• 4.1.2.2 晶化后样品的物相分析
• 4.1.2.3 不同方法粉碎的硅灰石的显微形貌
• 4.2 TTCP-CPP骨水泥固化过程中的相变及显微结构
• 4.2.1 骨水泥的凝结时间
• 4.2.2 模拟体液的pH值变化
• 4.2.3 抗压强度
• 4.2.4 骨水泥固化过程的相变
• 4.2.5 骨水泥显微结构分析
• 4.3 TTCP-α-TCP-DCPD骨水泥固化过程中的相变及显微结构
• 4.3.1 骨水泥的凝结时间
• 4.3.2 模拟体液的pH值变化
• 4.3.3 抗压强度随浸泡时间变化
• 4.3.4 骨水泥固化过程分析
• 4.3.5 骨水泥显微结构分析
• 第五章 结论
• 参考文献
• 致谢