【摘要】：由于外傷、腫瘤手術(shù)等原因?qū)е碌墓侨睋p是常見(jiàn)的臨床病癥,人工合成的生物醫(yī)學(xué)材料為骨缺損修復(fù)提供了新思路。生物活性玻璃作為一類(lèi)具有良好生物活性的無(wú)機(jī)非金屬材料,能與骨組織發(fā)生牢固的化學(xué)結(jié)合同時(shí)促進(jìn)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(xué)組成,引起生物醫(yī)學(xué)材料及臨床治療領(lǐng)域的高度關(guān)注。但以往溶膠-凝膠生物活性玻璃多在實(shí)驗(yàn)室小樣品制備,單次產(chǎn)量數(shù)十克,產(chǎn)率低,如何實(shí)現(xiàn)這類(lèi)材料的規(guī)�；�(wěn)定生產(chǎn)是限制其產(chǎn)品轉(zhuǎn)化的關(guān)鍵技術(shù)瓶頸�；诖�,本論文對(duì)生物活性玻璃宏量制備的相關(guān)問(wèn)題展開(kāi)分析,通過(guò)裝置模型的組裝設(shè)計(jì)和反應(yīng)工藝的穩(wěn)定優(yōu)化,實(shí)現(xiàn)了單次產(chǎn)量5kg的溶膠-凝膠生物活性玻璃的規(guī)�；苽�,為進(jìn)一步研發(fā)生物活性玻璃組織修復(fù)產(chǎn)品奠定了原料基礎(chǔ)。此外,目前臨床應(yīng)用的生物活性玻璃骨修復(fù)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)�；苽渌玫娜苣z-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(fù)體。主要研究工作和結(jié)論如下:(1)制備了溶膠-凝膠生物活性玻璃,并對(duì)其反應(yīng)機(jī)理和理化性能進(jìn)行一系列分析與表征。材料具有高達(dá)187.80m~2/g的比表面積和平均孔徑為5.39nm的介孔結(jié)構(gòu),且證實(shí)了良好的生物活性,同時(shí)為后續(xù)規(guī)�；a(chǎn)工藝提供理論依據(jù)。(2)實(shí)現(xiàn)溶膠-凝膠生物活性玻璃的規(guī)�；苽�。通過(guò)自主設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ秃蛢x器設(shè)備,完成固液物料添加裝置的聯(lián)動(dòng)使用,通過(guò)“均勻投入物料”,“穩(wěn)定水解反應(yīng)”,“分散陳化凝膠”對(duì)溶膠-凝膠反應(yīng)體系進(jìn)行工藝優(yōu)化,從而穩(wěn)定控制反應(yīng)濃度和陳化溫度梯度,解決了較大反應(yīng)空間下的細(xì)致均勻度。對(duì)規(guī)�；苽涞姆垠w進(jìn)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(xiàng)理化性能穩(wěn)定,重復(fù)性佳;成分均勻,具有介孔結(jié)構(gòu)、高比表面積和優(yōu)良的礦化能力;同時(shí)具有良好的生物相容性,適宜濃度范圍內(nèi)可明顯促進(jìn)細(xì)胞的增殖,可以作為生物活性玻璃相關(guān)產(chǎn)品的優(yōu)質(zhì)原料。(3)以規(guī)�；苽涞娜苣z-凝膠生物活性玻璃為原料,采用造孔劑結(jié)合模壓成型和冷等靜壓制備了生物活性玻璃多孔骨修復(fù)體。初步探究了不同造孔劑下多孔骨修復(fù)體的熱處理工藝和對(duì)應(yīng)的形貌與孔隙率,對(duì)其進(jìn)行體外降解、力學(xué)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(fù)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�(qiáng)度約為5Mpa,同時(shí)具備適宜的降解速率。多孔骨修復(fù)體具有良好的生物相容性,利于成骨細(xì)胞的黏附與增殖。體內(nèi)成骨評(píng)價(jià)表明,成骨性能良好,2個(gè)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(yīng)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(guò)一系列測(cè)試表征,證明了規(guī)�；苽涞娜苣z-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(chǔ)上以其為原料,制備了生物活性玻璃多孔骨修復(fù)體。該工作為進(jìn)一步研發(fā)生物活性玻璃相關(guān)產(chǎn)品提供了優(yōu)質(zhì)原料和理論依據(jù)。
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驗(yàn)室小樣品制備，產(chǎn)率低，如何實(shí)現(xiàn)大批量的穩(wěn)定生產(chǎn)是限制此類(lèi)材料產(chǎn)品轉(zhuǎn)化的關(guān)鍵技術(shù)瓶頸，因此規(guī)�；a(chǎn)也是亟待解決的問(wèn)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)�；苽淠壳叭陨儆腥搜芯�，，有極大的探索空間。通過(guò)分析制備過(guò)程的工藝參數(shù)以及規(guī)�；a(chǎn)中陳化梯度和反應(yīng)濃度等影響因素，對(duì)規(guī)制備溶膠-凝膠生物活性玻璃反應(yīng)體系的工藝進(jìn)行規(guī)范化控制，從而實(shí)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(yīng)條件的改醇水比、pH 值、前驅(qū)體的水解順序，各反應(yīng)物的加入時(shí)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(jié)構(gòu)，前驅(qū)體的速度之間存在差異，TEOS 水解縮聚反應(yīng)發(fā)生在粒子表面的 Si-OH 基團(tuán)上，Si 凝膠成團(tuán)塊。隨著酸的加入，pH 值的降低，利于膠狀結(jié)構(gòu)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(jìn)入到 Si 網(wǎng)格里，也存在過(guò)程溶解的可能[28]。Boccardi 等[29]對(duì)其形成機(jī)制展開(kāi)討論，承載金屬陽(yáng)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(guò)煅燒后進(jìn)入玻璃網(wǎng)格。Zheng[3改變金屬離子前驅(qū)體的加入時(shí)間也會(huì)影響生物活性玻璃納米顆粒的形貌組分。
【學(xué)位授予單位】：華南理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類(lèi)號(hào)】：R318.08

【參考文獻(xiàn)】

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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(bào);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(wú)機(jī)材料學(xué)報(bào);2002年05期

本文編號(hào)：2707636