本文關(guān)鍵詞： 復(fù)合材料 液晶聚合物 羥基磷灰石 聚丙烯酸 等離子噴涂 骨修復(fù)材料　出處：《華南理工大學(xué)》2012年碩士論文　論文類型：學(xué)位論文

【摘要】：針對現(xiàn)有無機/有機復(fù)合材料仿生人工骨力學(xué)性能過低無法用作承重骨的問題，本研究創(chuàng)造性地選取熱致液晶高分子(Vectra A950, VA)為基體，與羥基磷灰石(Hydroxyapatite，HA)顆粒復(fù)合制備仿生人工骨材料。VA具有與天然骨膠原纖維相似的自取向結(jié)構(gòu)和普通有機材料無可比擬的力學(xué)性能。HA是天然骨的成分之一，具有優(yōu)良的生物活性和力學(xué)性能，常用于仿生人工骨復(fù)合材料。 首先，通過正交方法研究了VA的雙螺桿擠出與注塑成型工藝，得到優(yōu)化的加工條件。然后，利用上述優(yōu)化后的參數(shù)制備了HA/VA復(fù)合材料仿生人工骨，研究了HA含量對復(fù)合材料顯微結(jié)構(gòu)和力學(xué)性能的影響。研究結(jié)果表明：當(dāng)HA與VA的質(zhì)量比小于10:100時，復(fù)合材料呈現(xiàn)明顯的皮芯結(jié)構(gòu)，皮層液晶微纖高度取向，HA主要分散在芯部，其模量和強度達到或超過天然骨的力學(xué)性能；隨著HA含量的增加，皮芯結(jié)構(gòu)逐步減弱并消失，而缺陷顯著增加。當(dāng)HA與VA的質(zhì)量比增加到20:100，由于HA顆粒與液晶基體之間的結(jié)合較差，復(fù)合材料的力學(xué)性能、尤其是韌性顯著降低。因此，我們利用聚丙烯酸(PolyacrylicAcid，PAA)對HA顆粒進行表面改性制備了HA-PAA/VA復(fù)合材料仿生人工骨，并對其加工流變行為、顯微結(jié)構(gòu)和力學(xué)性能進行了分析。紅外(FTIR)和光電子能譜(XPS)分析表明PAA成功包覆在HA表面。熱重分析(TG)顯示PAA在HA表面的負載率為2.2%。顯微結(jié)構(gòu)分析(SEM)表明HA的分散性增強。加工流變說明HA-PAA與VA大分子間的作用力增強。拉伸測試結(jié)果表明：當(dāng)HA-PAA/VA的質(zhì)量比為20:100時，拉伸強度為138MPa(P0.01)，彈性模量為9.3GPa(P0.01)，斷裂伸長率為7.2%(P0.01)。與未經(jīng)改性處理的材料比較，分別提高了200%、26%和350%。因此，PAA改性可有效改善HA與VA之間的界面結(jié)合，從而顯著提高HA/VA復(fù)合材料的力學(xué)性能至天然承重骨的水平。通過體外礦化實驗和生物相容性(四甲基偶氮唑鹽比色法,MTT法)測試方法對復(fù)合材料的生物活性和生物相容性進行了評價，結(jié)果發(fā)現(xiàn)填充HA粉體后，復(fù)合材料表面能介導(dǎo)磷灰石晶體形成，，表現(xiàn)出一定的生物活性，同時能促進骨肉瘤細胞(MG-63)的體外增殖。因此，HA/VA復(fù)合材料有作為骨缺損修復(fù)和骨替換材料的潛力。 由于與HA復(fù)合后，VA的力學(xué)性能有所降低，考慮到HA主要用于改善VA表面的生物活性，因此，我們研究了在VA基體表面等離子噴涂HA涂層的可行性。實驗得到的了優(yōu)化的工藝參數(shù)：主氣：氬氣100scfh；次氣：氦氣10scfh；噴涂電壓(V)：35V；噴涂電流(I)：860A；噴涂速度：500mm/s；噴涂距離為10cm；粉體的輸送量(r)：20g/min。顯微分析表明HA涂層均勻、致密且不存在裂紋，涂層的厚度為16.5μm。XRD測試分析表明HA粉體經(jīng)等離子高溫后部分分解為磷酸三鈣、磷酸四鈣和氧化鈣等。涂層經(jīng)體外礦化后磷酸三鈣和磷酸四鈣發(fā)生反應(yīng)生成HA，且隨著礦化時間的延長，VA表面的HA大量沉積，表現(xiàn)出優(yōu)良的生物活性。體外細胞相容性測試(MTT法)結(jié)果發(fā)現(xiàn)HA涂層能促進MG-63細胞的增殖，說明HA涂層改善了VA聚合物的生物相容性，為聚合物表面進行等離子噴涂生物活性涂層的工藝奠定研究基礎(chǔ)。
[Abstract]:In view of the problem that the bionic artificial bone mechanical property of the existing inorganic / organic composite material cannot be used as a load - bearing bone , a bionic artificial bone material is prepared by creatively selecting a thermal - induced liquid crystal polymer ( Vectra A950 , VA ) as a matrix , and combining with hydroxyapatite ( HA ) particles to prepare the bionic artificial bone material . The VA has the self - orientation structure similar to the natural bone collagen fiber and the incomparable mechanical property of the common organic material . The HA is one of the components of the natural bone , and has excellent bioactivity and mechanical properties , and is commonly used in bionic artificial bone composite materials . A bionic artificial bone with HA / VA composite was prepared by surface modification of HA - PAA / VA composite . The results showed that the HA - PAA / VA composite was better than that of HA - PAA / VA . The results show that HA coating can promote the proliferation of MG - 63 cells . The results show that HA coating can promote the proliferation of MG - 63 cells .

【學(xué)位授予單位】：華南理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2012
【分類號】：TB332;R314

【參考文獻】

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本文編號：1448302