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组织工程复相(羟基磷灰石+β-磷酸三钙)多孔陶瓷支架材料的制备研究

丑修建  
【摘要】:多孔支架材料是组织工程成败之关键因素,它起到为细胞和组织生长提供支持环境的细胞外基质作用,不仅为特定的细胞提供结构支撑,保持原有组织的形状,而且还起到模板作用,为细胞提供赖以寄宿、生长、分化和增殖的场所,引导组织再生和控制组织结构。因此,寻找一种既具有良好生物相容性和生物降解性又具有特定形状和连通三维多孔结构的支架材料是组织工程的一个重要方面。采用具有良好生物相容性的羟基磷灰石(HAP)与具有优异生物降解性的β-磷酸三钙(β-TCP)复合,制各三维多孔的生物陶瓷支架材料,在软骨和骨等组织工程研究领域具有广阔应用前景。 本论文首先通过湿法合成工艺制备了HAP粉体,并对HAP粉体的制备工艺及其性状进行了探讨和研究。同时,以自制的HAP粉体为原料,选用有机泡沫浸渍法与微波发泡法的复合造孔成型技术,通过控制和调节热处理工艺,制备了一种复相(HAP+β-TCP)多孔陶瓷支架材料,并且采用正交试验方案对该多孔陶瓷支架材料的制备工艺进行了优化分析研究。此外,通过DSC/TG、IR、XRD和粒度分析等分析测试手段对制得的HAP进行了性状测试分析:通过XRD、SEM、阿基米德原理、杠杆原理以及数理统计等分析测试手段对制得的多孔陶瓷支架材料的物相组成、显微结构、孔隙率、力学性能、孔径大小及其分布进行了表征;还通过体外模拟降解试验和骨髓基质干细胞体外培养试验对制得的复相多孔陶瓷支架材料的生物溶解降解性和生物相容性进行了初步探讨。 研究结果表明:采用Ca(NO_3)_2—(NH_4)_2HPO_4—NH_4OH—H_2O反应热力学体系,控制体系的pH值为10~11,反应温度维持在45℃左右,充分搅拌反应8小时以上,经陈化、清洗、过滤、干燥和750℃保温5小时的热处理后,可以制备粒度分布为1μm~10μm内的高纯HAP粉体;以HAP粉体为原料,采用浸渍-发泡复合造孔成型工艺,控制烧结温度为1275℃~1300℃,保温4小时以上,可以制得显气孔率在75~85%之间,抗压强度在0.3MPa~0.9MPa之间的以HAP和β-TCP为主晶相的复相多孔陶瓷支架材料;1225℃烧结保温4小时的多孔陶瓷体的宏观孔孔径大致分布在100μm~800μm范围内,并相互连通,呈网络结构特点,微观孔孔径大致分布在1μm~5μm范围内,呈颈部连接特点,而1300℃烧结保温4小时的多孔陶瓷体的孔径尺寸大小大致分布在10μm~500μm范围内,呈三维连通的网络结构特点;通过控制烧结温度为1125℃~1350℃和保温时间为2~8小


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