仿骨β-TCP生物陶瓷制备与研究

【摘要】骨骼作为人体重要的组成部分，其对人体的各个脏器起着不可替代的保护和支持作用，同时还担负着支撑躯干、造血、储钙、代谢等功能，是人体生命的基础。人体含有大小共计206块骨骼，一旦骨骼出现损伤，会对人体造成极大的损害，而且大部分骨缺损不能自愈，需要进行骨移植治疗，于是仿骨材料被广泛应用起来。可用于骨移植治疗的仿骨材料多种多样，一般包括金属材料、非金属材料以及高分子材料等，每种材料根据其性质及特点还可以继续分类，目前非金属材料中的磷酸三钙基生物陶瓷材料的应用十分广泛，由于其成分与骨质中的无机相成分十分相似，所以其降解性、相容性以及在诱导骨生长方面具有特殊的优势，一直都是研究的热点。本论文研究磷酸钙基生物陶瓷材料中的β-磷酸三钙（β-TCP）。首先以硝酸钙和PBTC为原料制备β-TCP粉体，原料成本低廉。将两种原料按照钙磷原子比为1.5:1的比例进行称量，用去离子水溶解后放在磁力搅拌器上进行反应，温度控制在85℃左右，最后得到胶状前驱体，将前驱体放在马弗炉中进行高温烧结，温度为1000℃，升温速度为3℃/min，保温6小时后得到β-TCP粉体，使用X射线衍射（XRD）仪对粉体进行分析，根据PDF标准卡片库的比对结果可知，反应获得的β-TCP粉体结晶效果良好。应用BT-9300ST型激光粒度分布仪对烧结粉体进行分析可知，粉体颗粒平均直径为11μm，且粒径分布均匀。为改善β-TCP生物陶瓷的力学性能，对β-TCP粉体进行了改性研究。由于人体骨组织中除了主要的钙离子以外，还含有许多其它金属离子，如钠离子、钾离子、镁离子、铁离子等，本试验就是向β-TCP中添加镁离子进行改性处理，在基本工艺条件不变的情况下将原料改为硝酸钙、PBTC及硝酸镁，按照配合比例(Ca+Mg)/P=1.50(原子比)进行混合反应，便可得到改性处理的含有镁元素的β-TCP粉体，通过X射线衍射（XRD）分析与粒径分析可知改性成功且改性效果很好。对β-TCP粉体进行仿骨陶瓷制备。本试验选择聚乙烯醇（PVA）做粘结剂，硬脂酸作为致孔剂，将原料混合后放入模具中，用热压机压制成型，然后进行烧结，温度为1250℃，升温速度不超过3℃/min，升温过程中的保温时间根据原料的性质进行设定，到达温度为1250℃后保温5小时，然后随炉冷却至室温，便得到仿骨β-TCP生物陶瓷，改性处理后的仿骨β-TCP生物陶瓷体积减小。对仿骨β-TCP生物陶瓷进行X射线衍射（XRD）仪分析发现高温烧结后β-TCP没有发生改变，且其中的添加物都被烧尽，改性处理的同样未发生变化。在对其孔隙率进行检测时发现，未改性的β-TCP生物陶瓷孔隙率在50%-85%之间，而改性处理后的则在40%-75%之间，有所降低，但是其孔径大都在几百纳米至几百微米之间，且分布较为均匀，与松质骨骨结构十分相似，有利于降解以及骨细胞的长入。对该仿骨陶瓷进行压缩试验，发现经过改性处理的仿骨β-TCP生物陶瓷的强度好于未做改性处理的。对仿骨β-TCP生物陶瓷进行体外降解试验，结果表明未做改性处理的仿骨β-TCP生物陶瓷降解率高于改性处理的仿骨β-TCP生物陶瓷，降解情况良好，改性处理仿骨β-TCP生物陶瓷降解率虽然低一些，但是28天以后的降解率最低达到了4.65%，降解情况依然良好，且其降解稳定性优于未做改性处理的仿骨β-TCP生物陶瓷。
【作者】闫志峰；
【导师】马云海；
【作者基本信息】吉林大学，农业机械化工程，2014，硕士
【关键词】β-TCP；离子改性；仿骨材料；压缩强度；体外降解；

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