【摘要】：由于外傷、腫瘤手術等原因?qū)е碌墓侨睋p是常見的臨床病癥,人工合成的生物醫(yī)學材料為骨缺損修復提供了新思路。生物活性玻璃作為一類具有良好生物活性的無機非金屬材料,能與骨組織發(fā)生牢固的化學結合同時促進新骨生成。溶膠-凝膠生物活性玻璃更是憑借其巨大的比表面積和均勻的化學組成,引起生物醫(yī)學材料及臨床治療領域的高度關注。但以往溶膠-凝膠生物活性玻璃多在實驗室小樣品制備,單次產(chǎn)量數(shù)十克,產(chǎn)率低,如何實現(xiàn)這類材料的規(guī)�；�(wěn)定生產(chǎn)是限制其產(chǎn)品轉化的關鍵技術瓶頸�；诖�,本論文對生物活性玻璃宏量制備的相關問題展開分析,通過裝置模型的組裝設計和反應工藝的穩(wěn)定優(yōu)化,實現(xiàn)了單次產(chǎn)量5kg的溶膠-凝膠生物活性玻璃的規(guī)模化制備,為進一步研發(fā)生物活性玻璃組織修復產(chǎn)品奠定了原料基礎。此外,目前臨床應用的生物活性玻璃骨修復產(chǎn)品多為粉末顆粒狀,易于被血液沖出,不利于較大尺寸的骨缺損填充。因此,本論文以規(guī)模化制備所得的溶膠-凝膠生物活性玻璃粉體為原料,采用造孔劑及模壓成型工藝制備出生物活性玻璃多孔骨修復體。主要研究工作和結論如下:(1)制備了溶膠-凝膠生物活性玻璃,并對其反應機理和理化性能進行一系列分析與表征。材料具有高達187.80m~2/g的比表面積和平均孔徑為5.39nm的介孔結構,且證實了良好的生物活性,同時為后續(xù)規(guī)�；a(chǎn)工藝提供理論依據(jù)。(2)實現(xiàn)溶膠-凝膠生物活性玻璃的規(guī)�；苽洹Ｍㄟ^自主設計實驗模型和儀器設備,完成固液物料添加裝置的聯(lián)動使用,通過“均勻投入物料”,“穩(wěn)定水解反應”,“分散陳化凝膠”對溶膠-凝膠反應體系進行工藝優(yōu)化,從而穩(wěn)定控制反應濃度和陳化溫度梯度,解決了較大反應空間下的細致均勻度。對規(guī)模化制備的粉體進行一系列理化性能及生物相容性的研究。研究發(fā)現(xiàn),各項理化性能穩(wěn)定,重復性佳;成分均勻,具有介孔結構、高比表面積和優(yōu)良的礦化能力;同時具有良好的生物相容性,適宜濃度范圍內(nèi)可明顯促進細胞的增殖,可以作為生物活性玻璃相關產(chǎn)品的優(yōu)質(zhì)原料。(3)以規(guī)模化制備的溶膠-凝膠生物活性玻璃為原料,采用造孔劑結合模壓成型和冷等靜壓制備了生物活性玻璃多孔骨修復體。初步探究了不同造孔劑下多孔骨修復體的熱處理工藝和對應的形貌與孔隙率,對其進行體外降解、力學性能、生物相容性和體內(nèi)成骨性能的研究。研究發(fā)現(xiàn),以甘露醇為造孔劑制備的多孔骨修復體的孔隙率可控制在40%-60%之間,具有適宜且呈梯度分布的孔徑大小、孔徑約為50-150μm,且有5μm-20μm的微小孔隙存在�？箟簭姸燃s為5Mpa,同時具備適宜的降解速率。多孔骨修復體具有良好的生物相容性,利于成骨細胞的黏附與增殖。體內(nèi)成骨評價表明,成骨性能良好,2個月內(nèi)大量新生骨組織生成,且將植入體緊密包裹,具有臨床應用的潛力。本論文工作成功完成了溶膠-凝膠生物活性玻璃的規(guī)模化制備,并且通過一系列測試表征,證明了規(guī)模化制備的溶膠-凝膠生物活性玻璃具有穩(wěn)定的理化性能和優(yōu)秀的生物相容性,在此基礎上以其為原料,制備了生物活性玻璃多孔骨修復體。該工作為進一步研發(fā)生物活性玻璃相關產(chǎn)品提供了優(yōu)質(zhì)原料和理論依據(jù)。
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驗室小樣品制備，產(chǎn)率低，如何實現(xiàn)大批量的穩(wěn)定生產(chǎn)是限制此類材料產(chǎn)品轉化的關鍵技術瓶頸，因此規(guī)模化生產(chǎn)也是亟待解決的問題。圖1-2 溶膠-凝膠生物活性玻璃(a，b，c）與熔融法生物活性玻璃(d)的微觀形貌[23]Fig.1-2 SEM and TEM images of sol-gel bioactive glass(a,b,c)and conventional bioactive glass (d)

溶膠-凝膠生物玻璃的規(guī)模化制備目前仍少有人研究，，有極大的探索空間。通過分析制備過程的工藝參數(shù)以及規(guī)模化生產(chǎn)中陳化梯度和反應濃度等影響因素，對規(guī)制備溶膠-凝膠生物活性玻璃反應體系的工藝進行規(guī)范化控制，從而實現(xiàn)產(chǎn)量規(guī)模質(zhì)量均勻化。工藝方面，可以借鑒在堿催化制備[19, 25]中，依靠一系列反應條件的改醇水比、pH 值、前驅(qū)體的水解順序，各反應物的加入時間等[26]。溶膠-凝膠生物活性玻璃是硅醇鹽在酸性條件下形成的凝膠網(wǎng)格結構，前驅(qū)體的速度之間存在差異，TEOS 水解縮聚反應發(fā)生在粒子表面的 Si-OH 基團上，Si 凝膠成團塊。隨著酸的加入，pH 值的降低，利于膠狀結構生成[27]。TEP 的水解速度較果在 TEP 水解之前形成了 SiO2納米顆粒，P 很可能有限進入到 Si 網(wǎng)格里，也存在過程溶解的可能[28]。Boccardi 等[29]對其形成機制展開討論，承載金屬陽離子的前驅(qū) SiO2納米顆粒形成后被加入，SiO2納米顆粒也可能繼續(xù)形成，意在表明金屬離子吸收在這些納米顆粒的表面繼而穩(wěn)定附著，再經(jīng)過煅燒后進入玻璃網(wǎng)格。Zheng[3改變金屬離子前驅(qū)體的加入時間也會影響生物活性玻璃納米顆粒的形貌組分。
【學位授予單位】：華南理工大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2019
【分類號】：R318.08

【參考文獻】

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1 鞠銀燕;徐明晗;李正茂;陳曉峰;;造孔劑法制備多孔生物玻璃陶瓷的工藝研究[J];硅酸鹽通報;2014年12期

2 L.L.Hench,I.Xynos,A.Edgar,L.Buttery,J.Polak,鐘吉品,劉宣勇,常江;激活基因的玻璃[J];無機材料學報;2002年05期

本文編號：2707636