氟金云母/氟磷灰石玻璃陶瓷的制备及性能研究
【摘要】：
针对当前生物材料研究的现状和前景，作者旨在研制具有良好发展前景的可用于口腔科和骨科的硬组织修复材料。制备了氟金云母／氟磷灰石玻璃陶瓷材料；通过X射线衍射分析(XRD)、扫描电镜分析／能谱分析(SEM／EDAX)、差热分析(DTA)、傅里叶变换红外光谱分析(FTIR)、X光分析(X-Ray)等分析测试手段对玻璃陶瓷材料进行了研究。论述了氟金云母／氟磷灰石玻璃陶瓷材料的力学性能与物相组成及微观结构之间的关系；讨论了玻璃陶瓷材料中可能存在的增韧机理；讨论了针状氟磷灰石晶体的生长机理和析晶动力学；对玻璃陶瓷材料进行了生物活性和生物相容性研究。得到如下主要结论：
(1)采用熔铸法、两步法热处理制度制备出了主晶相为钙氟金云母和氟磷灰石相的玻璃陶瓷材料，该材料中的氟磷灰石晶体呈针状，与人体骨中磷灰石的针状形貌相似，提高了材料的生物活性和生物相容性；而层片状的钙氟金云母使得材料具有良好的可切削性，便于临床医生根据个体骨缺损情况的差异，加工成各种符合要求的形状。
(2)随着玻璃原料中的氟磷灰石成分含量的增多，氟金云母／氟磷灰石玻璃陶瓷材料的力学性能都是逐渐增加的。当氟磷灰石成分含量增加到50％时，材料的力学性能达到最高值。材料的力学性能与目前的生物材料45S5Bioglass~(?)玻璃、HA和Bioverit~(?)玻璃陶瓷比较，具有较好优势，并符合人体密质骨的性能要求范围。
(3)氟金云母／氟磷灰石玻璃陶瓷材料的增韧机理主要包括以下两种：即残余应力增韧和晶须拔出效应增韧。针状氟磷灰石晶体的长径比可达10以上，对玻璃陶瓷材料起到了很好的增韧作用。
(4)氟磷灰石晶体的c(o001)面上的生长基元呈环状分布，从而使晶体以螺旋位错生长机制长大。针状的氟磷灰石晶体尖端为圆锥形的凸台状，这就是螺旋位错生长机制中没有穷尽的台阶源。产生这种螺旋位错的原因可概括为以下两方面：一是晶体内部的热应力场；二是晶核与玻璃基体间的界面失配。
(5)氟磷灰石晶体生长指数n≈2，晶体生长维数m=1，玻璃为整体析晶机制，氟磷灰石晶体呈一维针状生长，晶体生长过程受界面反应控制。随着原料中氟磷灰石成分含量的增多，使得玻璃的析晶活化能降低，氟磷灰石晶体更容易从玻璃中析出。
(6)动物实验观察表明，动物术后饮食、精神状况正常，无中毒、溶血等现象，无过敏反应。术区无红肿、出血等不良反应，切口Ⅰ期愈合。初步显示氟金云母／氟磷灰石玻璃陶瓷材料具有良好的生物相容性。
(7)模拟体液浸泡实验和动物植入实验表明，氟金云母／氟磷灰石玻璃陶瓷材料具有优异的生物活性。
【关键词】：玻璃陶瓷 氟金云母 氟磷灰石 生长机理 生物活性
【学位授予单位】：中南大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2007
【分类号】：TQ174.759
【DOI】：CNKI:CDMD:1.2007.197958
【目录】：
【学位授予单位】：中南大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2007
【分类号】：TQ174.759
【DOI】：CNKI:CDMD:1.2007.197958
【目录】：
- 摘要4-6
- ABSTRACT6-11
- 第一章 文献综述11-40
- 1.1 生物材料11-14
- 1.1.1 生物材料的分类12-13
- 1.1.2 生物材料的性能要求13-14
- 1.2 生物陶瓷14-17
- 1.2.1 生物陶瓷与人体组织的结合方式14-15
- 1.2.2 生物活性陶瓷材料15-17
- 1.3 生物活性玻璃及玻璃陶瓷17-21
- 1.3.1 Bioglass生物玻璃18-19
- 1.3.2 Ceravital生物活性玻璃陶瓷19
- 1.3.3 A.W生物活性玻璃陶瓷19
- 1.3.4 Bioverit生物活性玻璃陶瓷19-21
- 1.4 可切削云母基玻璃陶瓷21-26
- 1.4.1 云母基玻璃陶瓷的结构22-24
- 1.4.2 云母基玻璃陶瓷的可切削性24
- 1.4.3 云母基玻璃陶瓷的制备方法24-25
- 1.4.4 云母基玻璃陶瓷改性的研究25-26
- 1.5 生物活性玻璃陶瓷的应用26-29
- 1.5.1 骨组织缺损的修复和替代26-27
- 1.5.2 组织工程支架材料27-28
- 1.5.3 治疗癌症28
- 1.5.4 药物治疗载体28-29
- 1.6 玻璃陶瓷的形成29-38
- 1.6.1 玻璃陶瓷的热处理29-30
- 1.6.2 玻璃的分相30-33
- 1.6.3 玻璃的形核33-36
- 1.6.4 玻璃的析晶36-38
- 1.7 实验的内容、目的和意义38-40
- 第二章 实验流程和测试手段40-44
- 2.1 实验流程图40-41
- 2.2 分析测试手段41-44
- 第三章 氟金云母/氟磷灰石玻璃陶瓷的制备44-53
- 3.1 实验过程44-45
- 3.2 实验结果与讨论45-52
- 3.2.1 差热分析45-46
- 3.2.2 物相分析46-47
- 3.2.3 显微结构47-52
- 3.3 本章小节52-53
- 第四章 氟金云母/氟磷灰石玻璃陶瓷的力学性能研究53-66
- 4.1 力学性能研究53-59
- 4.2 增韧机理59-64
- 4.2.1 残余应力增韧59-63
- 4.2.2 晶须拔出效应增韧63-64
- 4.3 本章小节64-66
- 第五章 氟金云母/氟磷灰石玻璃陶瓷分相、形核及析晶机理的研究66-82
- 5.1 玻璃分相的分析66-67
- 5.2 玻璃形核的分析67-70
- 5.3 针状氟磷灰石晶体的生长机理70-74
- 5.3.1 氟磷灰石晶体生长的基元问题70-72
- 5.3.2 氟磷灰石晶体的螺型位错生长机制72-74
- 5.4 氟磷灰石的析晶动力学研究74-80
- 5.5 本章小节80-82
- 第六章 氟金云母/氟磷灰石玻璃陶瓷的生物学性能研究82-96
- 6.1 实验过程82-85
- 6.1.1 模拟体液浸泡实验82-83
- 6.1.2 动物植入实验83-85
- 6.2 实验结果与讨论85-94
- 6.2.1 模拟体液浸泡实验85-91
- 6.2.2 动物植入实验研究91-94
- 6.3 本章小结94-96
- 第七章 结论96-97
- 参考文献97-108
- 致谢108-109
- 攻读博士学位期间主要的研究成果109-110
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| 【参考文献】 | ||
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| 【二级参考文献】 | ||
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| 【相似文献】 | ||
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