本文選題：多孔鎂 + 骨組織工程支架��； 參考：《東北大學(xué)》2014年博士論文

【摘要】：目前,傳統(tǒng)醫(yī)用金屬材料(如316L不銹鋼、鈦及鈦合金)雖然具有出色的力學(xué)性能,但它們在臨床應(yīng)用中仍存在較低生物活性、釋放有毒離子等缺點(diǎn)。與之相比,金屬鎂因具有無毒性、較高的生物降解速率、較低的彈性模量等性能特征,有望作為理想的骨組織支架材料。由于它在含氯溶液(如人體體液或者血漿)中會發(fā)生迅速腐蝕,同時還會產(chǎn)生氫氣泡聚集在鎂植入體周圍,從而限制了它在臨床上的應(yīng)用。因此,有必要找到一種有效的表面改性工藝來降低其腐蝕速率并進(jìn)一步提高其生物相容性。本論文對生物多孔鎂及純鎂表面玻璃陶瓷水泥(BGCC)涂層的制備工藝、微觀形貌和結(jié)構(gòu)、力學(xué)性能、體外(in vitro)生物性能及抗腐蝕性能進(jìn)行了系統(tǒng)的研究,以期制備出在生物醫(yī)用材料領(lǐng)域具有良好應(yīng)用潛能的多孔鎂支架以及鎂基涂層材料。以不同形狀的鎂粉為原料,以鹽粒為造孔劑,通過粉末冶金法制備出一種新穎的具有特殊雙層結(jié)構(gòu)的鎂支架。支架的外層為相互連通的多孔結(jié)構(gòu),以滿足輸送新鮮血液進(jìn)入到植入體材料內(nèi),并且允許新骨組織的內(nèi)生長；內(nèi)層為鹽粒增強(qiáng)的相對致密結(jié)構(gòu),以保證材料具有較高的承載能力。以不規(guī)則鎂粉制備的多孔鎂支架材料的外層具有較高的孔隙率,而以規(guī)則球形鎂粉制備的多孔鎂支架材料具有更好的壓縮強(qiáng)度和彈性模量。采用鎂纖維為原始材料,通過鋪層熱壓法(FDHP)制備出孔隙率范圍為33-54%的開孔型多孔鎂支架材料。該支架具有一個復(fù)雜的相互連通的三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu),其孔隙率和孔徑分布可通過調(diào)節(jié)鎂纖維的尺寸、纖維間距以及燒結(jié)溫度、壓力等來控制。不同取向(垂直和平行于熱壓方向)樣品的壓縮實(shí)驗結(jié)果表明,該法制備的多孔鎂表現(xiàn)出明顯的力學(xué)各向異性。特別是取向平行于熱壓方向的多孔鎂樣品,它的孔隙率為48%、孔徑為180-300μm、壓縮強(qiáng)度和楊氏模量分別達(dá)到17.6 MPa和0.22 GPa,其力學(xué)性能基本與松質(zhì)骨相匹配。為了控制純鎂的腐蝕速率并提高其表面活性,在純鎂帶表面制備出具有良好生物活性的可降解玻璃陶瓷水泥涂層。首先采用溶膠凝膠法制備出晶相成分為Ca2SiO4·0.05Ca3(PO4)2和Ca2P207生物玻璃陶瓷粉末(BGC)。將BGC粉與(NH4)2HPO4和NH4H2PO4所組成的磷酸溶液分別按照不同液固比(L/S)混合制備出不同BGCC涂層(簡稱B1-B5),并通過提拉浸漬法涂覆到純鎂帶上。當(dāng)泥漿的L/S為0.8-1.2時,涂層物相成分為HA；當(dāng)L/S為1.5-2.0時,涂層成分為Ca(NH4)2(HPO4)2·H2O。B1、B2和B3涂覆Mg樣品的體外生物活性測試結(jié)果表明,L/S的不同對沉積在BGCC涂層上的晶體的生長形貌有著顯著的影響：當(dāng)L／S為0.8時,生成尺寸較小的片狀晶體；當(dāng)L/S為1.0時,生成類球狀晶體；當(dāng)L/S為1.2時,樣品涂層表面變得更加平整、致密,晶體形貌也從類球狀晶體發(fā)展為類板塊狀晶體。為了能提高BGCC涂層與Mg基體的結(jié)合性,本文選擇Ca-P涂層作為中間過渡層,分別使用H3P04和HN03調(diào)節(jié)涂層溶液pH值,通過水合溶液法制備出Ca/P摩爾比分別為Φ1.00和1.00的Ca-P1和Ca-P2涂層。Ca-P2涂層與Mg基體之間的結(jié)合性更佳,并且在SBF溶液中表現(xiàn)出更好的穩(wěn)定性,能夠有效地誘導(dǎo)磷灰石晶體沉積。當(dāng)樣品浸泡15天后發(fā)現(xiàn),Ca-P涂層均發(fā)生局部脫落現(xiàn)象,表明單一的Ca-P涂層不足以對Mg基體起到長期防腐作用。通過BGC粉與不同濃度的(NH4)2HPO4和Ca(H2PO4)2所組成的磷酸溶液混合制備出三種水泥涂層BGCC1、BGCC2和BGCC3。BGCC涂層的形成機(jī)制如下：BGCC涂層是由水泥發(fā)生固化后得到的,它的形成主要受BGC粉末中的晶相成分Ca2SiO4·0.05Ca3(PO4)2控制：當(dāng)粉末與與磷酸溶液混合后,一方面Ca2Si04發(fā)生水合反應(yīng)生成大量Ca2+并使溶液pH值增加,進(jìn)而促進(jìn)大量H2PO4-和HPO42-轉(zhuǎn)化為PO43-,最終反應(yīng)生成CDHA;另一方面Ca3(PO4)2本身也會發(fā)生水合反應(yīng)生成CDHA。為了找到性能最佳的BGCC/Ca-P涂層組合,先后制備了BGCC1/Ca-P1、 BGCC2/Ca-P1和BGCC3/Ca-P2三組復(fù)合涂層。涂層BGCC1/Ca-P1和BGCC2/Ca-P1的物相均為HA,BGCC3/Ca-P2的相組成為缺鈣羥基磷灰石(CDHA)。體外生物活性測試表明,三種BGCC/Ca-P涂覆Mg樣品均表現(xiàn)出優(yōu)異的生物礦化能力。動電位極化曲線測試結(jié)果表明,BGCC1/Ca-P1、BGCC2/Ca-P1和BGCC3/Ca-P2涂覆Mg樣品的腐蝕電流密度分別3倍、5倍以及10倍低于未涂覆涂層的純鎂。BGCC3/Ca-P2涂覆Mg樣品的綜合性能最為優(yōu)異。
[Abstract]:In this paper , it is hopeful to find an effective surface modification technology to reduce its corrosion rate and improve its biocompatibility .
In order to control the corrosion rate of pure magnesium and to improve its surface activity , the porous magnesium scaffold material with good bioactivity was prepared by using magnesium fiber as the raw material .
When L / S is 1.5 - 2.0 , the coating composition is Ca ( NH4 ) 2 ( HPO4 ) 2 路 H2O . B1 , B2 and B3 coated with Mg sample . The results show that L / S has significant effect on the growth morphology of the crystals deposited on the BGCC coating .
when L / S is 1.0 , spherical crystals are generated ;
In order to improve the binding property of BGCC coating to Mg matrix , the formation mechanism of Ca - P1 and Ca - P2 coatings was studied .
【學(xué)位授予單位】：東北大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2014
【分類號】：R318.08

【參考文獻(xiàn)】

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1 張春艷;曾榮昌;陳榮石;劉成龍;高家誠;;Preparation of calcium phosphate coatings on Mg-1.0Ca alloy[J];Transactions of Nonferrous Metals Society of China;2010年S2期

2 ;Study on β-TCP Coated Porous Mg as a Bone Tissue Engineering Scaffold Material[J];Journal of Materials Science & Technology;2009年01期

3 李永華;檀雯;張寧;鄭潔;鄧子玉;;自蔓延高溫合成多孔Ti_(50)Ni_(49)Mo_1形狀記憶合金[J];金屬功能材料;2008年05期

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5 張廣道;黃晶晶;楊柯;張炳春;艾紅軍;;動物體內(nèi)植入鎂合金的早期實(shí)驗研究[J];金屬學(xué)報;2007年11期

6 Montasser M. DEWIDAR;Khalil A. KHALIL;J. K. LIM;;Processing and mechanical properties of porous 316L stainless steel for biomedical applications[J];Transactions of Nonferrous Metals Society of China;2007年03期

7 曹現(xiàn)林;劉玲蓉;張其清;;制備工藝條件對膠原多孔支架材料結(jié)構(gòu)和性質(zhì)的影響[J];國際生物醫(yī)學(xué)工程雜志;2006年05期

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本文編號：2019571