骨修復用鈣磷多孔陶瓷的制備、性能及改性研究.pdf

1、骨修復用鈣磷陶瓷一直是國內外生物醫(yī)學材料領域研究的熱點之一。本文首先采用有機泡沫浸漬工藝制備了鈣磷多孔陶瓷,然后采用溶膠一凝膠方法和真空滲涂方法在多孔陶瓷基體上分別制備了HA涂層和明膠涂層,研究了涂層對多孔陶瓷孔隙特征和力學性能的影響。最后,通過體外模擬和動物體內植入實驗系統(tǒng)地評價了涂層涂覆前后鈣磷多孔生物陶瓷的生物學性能。 應用有機泡沫浸漬工藝制備了鈣磷多孔陶瓷,粘結劑和漿料的固含量影響了漿料在泡沫體上的涂覆質量,從而影響多孔

2、陶瓷的成形性。泡沫的網眼密度、燒結保溫時間、涂覆次數則對多孔陶瓷的孔隙特征和力學性能有著重要的影響。多孔陶瓷成形的最佳工藝條件為：加入30％的Al2O3-MgO-P2O5磷酸鹽粘結劑制備漿料,選擇網眼密度為45ppi的泡沫體進行浸漬涂覆,經過1100℃燒結2h,得到包含相互連通的大孔、小孔和微孔結構的多孔陶瓷,其大孔孔徑為300～500μm,平均孔隙率為85.9％,壓縮強度為1.04MPa。在不考慮孔徑大小及孔隙連通度等影響因素的條件下

3、,多孔陶瓷的壓縮強度隨孔隙率增加呈指數關系遞減,關系式為σ=792.11e-7.59P。 對陶瓷燒結過程的分析表明,1100℃時陶瓷的體積收縮和相變過程基本完成。燒結后的多孔陶瓷是一種由β-Ca2P2O7、β-TCP、HA和少量Mga(PO4)2、Al(PO3)3及γ-Ca2P2O7組成的復相磷酸鹽陶瓷。 離心轉速、溶膠濃度、涂覆次數及熱處理溫度是影響HA涂層質量和多孔陶瓷孔隙特征的主要工藝參數。濃度為0.5mol/L的

4、溶膠,涂覆后經400r/min離心處理,550℃燒結是本研究的最佳處理工藝。在此工藝條件下對鈣磷多孔陶瓷進行一次涂覆,能夠在保持陶瓷原有的大孔結構和高孔隙率(82.3％)的條件下,形成厚度約為15～20μm的涂層。該涂層由低結晶度的純HA相組成,雖然溶膠涂層處理對提高鈣磷多孔陶瓷的力學性能效果不明顯,但低結晶度的HA涂層改變俄陶瓷表面的拓撲結構和化學結構,提高了鈣磷陶瓷的表面生物活性,促進細胞在材料表面的早期粘附、增殖和分化,進而促進材

5、料中新骨的生長,以及新骨與宿主骨的界面結合。應用明膠處理時,多孔陶瓷上的明膠涂覆量隨明膠濃度的增加而增加,但陶瓷的孔隙特征并沒有受到明顯的影響。特別是涂覆5％明膠后,明膠層與多孔陶瓷的孔壁形成了層狀復合結構,這種結構在樣品斷裂時使裂紋的擴展產生偏轉,從而使得鈣磷多孔陶瓷得到強韌化。樣品的壓縮強度和壓縮模量分別由原來的1.05MPa和0.1GPa增加到5.17MPa和0.325GPa,而且斷裂韌性也有大幅增加,斷裂功從0.31kN/m增加

6、到3.50kN/m。明膠涂層增加了鈣磷陶瓷表面細胞識別蛋白分子,也促進了細胞在材料表面的早期粘附、增殖和分化。體外浸泡實驗結果表明,鈣磷多孔陶瓷在Ringer溶液中的失重隨浸泡時間的增加而增加,表現(xiàn)出了一定的降解性能。SBF溶液中鈣磷多孔陶表面類骨磷灰石沉積數量隨著浸泡時間的延長不斷增加,表現(xiàn)出良好的生物活性。體外細胞復合培養(yǎng)結果表明,鈣磷多孔陶瓷的孔隙結構適合兔骨髓基質干細胞的長入,細胞能夠在鈣磷多孔陶瓷上粘附、生長、增殖和分化,并分