【摘要】：羥基磷灰石(簡(jiǎn)稱HA,分子式Ca_(10)(PO_4)_6(OH)_2)因具有與人骨相似的組分和結(jié)構(gòu),廣泛應(yīng)用于骨修復(fù)與再生。作為優(yōu)良的硬組織替代材料,HA的各種優(yōu)良性能也異常突出,包括生物相容性、生物活性、骨傳導(dǎo)性以及不可多得的無(wú)毒性和無(wú)免疫原性。然而因其較差的力學(xué)性能和結(jié)合能力,在作為骨修復(fù)支架材料的應(yīng)用方面仍存在不少問(wèn)題,因此必須在HA中加入第二相或多相以增強(qiáng)其力學(xué)性能。本論文分別利用殼聚糖(CS)和氧化石墨烯(GO)與HA復(fù)合,鍶(Sr)因具備促進(jìn)成骨細(xì)胞生長(zhǎng)的特性可用其對(duì)HA進(jìn)行摻雜改性,最終制備出粘結(jié)性和延展性較好的復(fù)合材料,并通過(guò)X射線衍射(X-ray diffraction,XRD)、傅立葉變換紅外光譜(Fourier transform infrared spectroscopy,FTIR)、掃描電子顯微鏡(scanning electron microscopy,SEM)、透射電子顯微鏡(TEM)、X射線能量色散儀(energy-dispersive X-ray spectroscopy,EDX)、X射線光電子能譜(XPS)拉曼光譜(Raman)等測(cè)試手段,對(duì)所制備的樣品進(jìn)行分析和研究。第一章,簡(jiǎn)述了HA在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用前景,并詳細(xì)介紹了HA和HA涂層的制備方法,此外,還介紹了本實(shí)驗(yàn)的研究背景以及科研創(chuàng)新點(diǎn)。第二章,主要介紹了實(shí)驗(yàn)所用原料和實(shí)驗(yàn)方案,以及要用到的實(shí)驗(yàn)器材和設(shè)備等。第三章,我們以Na_2HPO_4和Ca(NO_3)_2·4H_2O為原料,采用化學(xué)沉淀法合成羥基磷灰石粉體,將粉體超聲分散在殼聚糖的醋酸溶液中,通過(guò)溶液共混和磁力攪拌的方法制備羥基磷灰石/殼聚糖(hydroxyapatite/chitosan,HA/CS)懸浮液。采用旋涂法在不銹鋼304基材表面涂覆HA/CS懸浮液,分別在25℃和37℃條件下干燥12h成膜。分析結(jié)果表明,HA/CS復(fù)合材料的拉伸強(qiáng)度達(dá)到69.02MPa,粘結(jié)強(qiáng)度達(dá)到12.61MPa,復(fù)合涂層結(jié)晶度好、黏結(jié)致密、無(wú)分解、無(wú)雜質(zhì),旋涂法能更好的使HA均勻地分散在CS中,減少HA微粒的團(tuán)聚和游離,相比25℃,在37℃條件下干燥HA膜有助于HA與CS之間更多更好地結(jié)合,使所制備的HA/CS復(fù)合涂層具有更優(yōu)良的性能。第四章,首先,采用化學(xué)沉淀法合成不同摩爾分?jǐn)?shù)Sr摻雜的SrHA粉體(0(pure HA),0.5%,1%,2%,4%),首次通過(guò)旋涂技術(shù)在不銹鋼基底上制備SrHA/CS復(fù)合涂層,研究在37℃干燥條件下復(fù)合涂層形貌及結(jié)構(gòu)上的變化。分析結(jié)果表明,Sr~(2+)取代了部分Ca~(2+)成功摻雜進(jìn)入HA晶格中,合成的HA納米粒子具有球形形貌,而Sr~(2+)的加入促進(jìn)了HA晶體的生長(zhǎng),增加其顆粒尺寸。此外,Sr彌補(bǔ)了HA合成中的缺鈣現(xiàn)象。當(dāng)Sr摻雜量達(dá)到4%時(shí),[(Sr+Ca)/P]摩爾比達(dá)到了1.68,這接近Ca/P的理論比值1.67;復(fù)合涂層的粘接強(qiáng)度則達(dá)到13.33MPa。通過(guò)旋涂技術(shù),HA可以均勻分散到CS中,合成的復(fù)合鍍層結(jié)合致密且均勻,涂層表面無(wú)破壞或裂紋。此外,體外細(xì)胞培養(yǎng)試驗(yàn)顯示所有復(fù)合涂層都具有良好的生物相容性,而4SrHA/CS涂層更利于細(xì)胞的增殖、黏附及向成骨分化。第五章,通過(guò)水熱法成功合成不同GO濃度的SrHA/GO復(fù)合材料,分析結(jié)果表明SrHA呈棒狀有序地排列在一起,無(wú)明顯團(tuán)聚現(xiàn)象,晶粒長(zhǎng)度約80nm,直徑約為30nm左右。SrHA在GO片層表面沉積并包裹GO,形成具有生物特性的微空隙。GO濃度增加使其與HA之間的作用更加劇烈,復(fù)合材料結(jié)合效果更好。由于GO的加入,復(fù)合材料力學(xué)性能得到提升,且所有樣品均無(wú)細(xì)胞毒性。第六章,對(duì)本研究課題進(jìn)行總結(jié)及展望。
【學(xué)位授予單位】：深圳大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：TB33;R318.08
【圖文】：

1.3.1 干法制備HA 的干法制備不使用溶劑，這不同于濕法。根據(jù)文獻(xiàn)報(bào)道，通過(guò)干法合成的 HA 粉體的特性受工藝參數(shù)影響較小，所以干法制備大都對(duì)反應(yīng)條件的精確度沒(méi)有過(guò)于苛刻的要求，這使其適用于工業(yè)上大批量生產(chǎn)。1.3.1.1 固相法固相反應(yīng)的工藝相對(duì)簡(jiǎn)單，各種鈣和磷酸鹽化合物或者磷酸鈣鹽作為前驅(qū)體，通過(guò)研磨后在高于 1000℃高溫下煅燒[36]，生成的產(chǎn)物結(jié)晶度較好，其流程圖如1-2 所示。然而，由于離子在固相中不易擴(kuò)散，固相法合成的粉體往往純度不高，且容易混入雜質(zhì)[37,38]。另一方面，固相法省去了繁瑣的工藝流程，降低成本費(fèi)用，因而在工業(yè)化生產(chǎn)中應(yīng)用較多。但如果是批量生產(chǎn)用于藥物傳遞、細(xì)胞支架的 HA 生物醫(yī)用材料，精確的控制生產(chǎn)工藝流程以及各個(gè)細(xì)節(jié)遠(yuǎn)比考慮成本問(wèn)題更加重要。

圖 1-3 溶膠-凝膠法制備納米羥基磷灰石[5]Fig.1-3 Preparation of nHA via sol-gel method[5]通常，凝膠過(guò)程中鈣源和磷源之間的反應(yīng)非常緩慢，所以在這之前需要較長(zhǎng)時(shí)間的陳化。熱處理有利于殘余有機(jī)雜質(zhì)、氣態(tài)物質(zhì)和水分子從多孔凝膠中排出，是形成高純度 HA 的關(guān)鍵。此外，反應(yīng)中所使用試劑的化學(xué)性質(zhì)對(duì)溶膠的速率、溶劑的性質(zhì)、溫度和 pH 亦有影響。1.3.2.5 水熱法水熱法也可以簡(jiǎn)單地被認(rèn)為是一種化學(xué)沉淀法，通常是在高溫（高于水的沸點(diǎn)溫度）高壓的密閉容器中進(jìn)行反應(yīng)。因?yàn)榇朔椒ㄓ姓T導(dǎo)晶體一維縱向生長(zhǎng)的能力，因此所制得的納米 HA 通常呈棒狀。本課題組通過(guò)水熱法合成了典型的 HA納米棒，其 SEM 和 TEM 照片顯示在圖 1-4 中。但同時(shí)也可以通過(guò)添加劑等特定條件輔助，合成具有不同形貌特征的納米 HA。

圖 1-3 溶膠-凝膠法制備納米羥基磷灰石[5]Fig.1-3 Preparation of nHA via sol-gel method[5]通常，凝膠過(guò)程中鈣源和磷源之間的反應(yīng)非常緩慢，所以在這之前需要較長(zhǎng)時(shí)間的陳化。熱處理有利于殘余有機(jī)雜質(zhì)、氣態(tài)物質(zhì)和水分子從多孔凝膠中排出，是形成高純度 HA 的關(guān)鍵。此外，反應(yīng)中所使用試劑的化學(xué)性質(zhì)對(duì)溶膠的速率、溶劑的性質(zhì)、溫度和 pH 亦有影響。1.3.2.5 水熱法水熱法也可以簡(jiǎn)單地被認(rèn)為是一種化學(xué)沉淀法，通常是在高溫（高于水的沸點(diǎn)溫度）高壓的密閉容器中進(jìn)行反應(yīng)。因?yàn)榇朔椒ㄓ姓T導(dǎo)晶體一維縱向生長(zhǎng)的能力，因此所制得的納米 HA 通常呈棒狀。本課題組通過(guò)水熱法合成了典型的 HA納米棒，其 SEM 和 TEM 照片顯示在圖 1-4 中。但同時(shí)也可以通過(guò)添加劑等特定條件輔助，合成具有不同形貌特征的納米 HA。

【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前4條

1 李健;韓志軍;魏延;牛璐璐;劉宇;路國(guó)運(yùn);黃棣;;納米羥基磷灰石/殼聚糖復(fù)合微球的原位仿生制備及表征[J];無(wú)機(jī)材料學(xué)報(bào);2014年12期

2 張愛(ài)娟;高增麗;王衛(wèi)偉;李成峰;;水熱條件下納米級(jí)球狀羥基磷灰石的制備[J];硅酸鹽通報(bào);2012年04期

3 徐惠;史星偉;劉小育;徐增輝;茍國(guó)俊;;水熱法制備Ag/TiO_2納米復(fù)合材料及其抗菌性能[J];蘭州理工大學(xué)學(xué)報(bào);2009年04期

4 劉樹元;楊焱明;劉慶;鄭顯鵬;杜斌;;多孔陶瓷材料在環(huán)境工程中的應(yīng)用[J];濟(jì)南大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版);2008年01期

本文編號(hào)：2765034