碳纤维增强聚乳酸/羟基磷灰石三元复合材料制备及降解性能研究

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聚乳酸(PLA)由于具有良好的生物相容性,可降解性,其最终降解产物为乳酸,由机体正常的新陈代谢排出体外,因此被广泛应用于手术缝合线、骨折内固定材料等。羟基磷灰石(HA)由于具有良好的生物活性和骨传导性,能够与骨直接形成键性结合,被大量地应用于骨替换植入材料。但其机械性能不佳,易脆,对负荷承载性差,不能完全适宜于骨组织工程的要求。碳材料不会引起生物不良反应,以及碳与骨在刚度和强度方面类似等特点,碳基材料现已成为一类重要的无机生物医用材料。本论文设计的碳纤维(CF)增强PLA/HA三元复合材料,结合了CF的高强度、PLA的生物降解性和HA的生物活性于一体,有望成为既具有生物活性、又具有可吸收性和降解性的高强度骨折内固定材料。论文采用溶液共混法制备了碳纤维(CF)增强羟基磷灰石(HA)/聚乳酸(PLA)三元复合生物材料。研究了体外降解性能。结果表明:在磷酸盐缓冲液(PBS)模拟体液中降解三个月,弯曲强度和弯曲模量分别下降到初始值的30%和36%,剪切强度保持在190MPa左右,有较好的机械强度保持性,微观结构研究表明降解是从复合材料的界面开始的,降解三个月后,界面结合处出现缝隙。吸水率增加到5%,质量损失只有1.6%。复合材料的界面是影响复合材料力学性能的重要因素。采用两步法用聚乳酸对羟基磷灰石进行表面修饰,先对羟基磷灰石与乳酸进行脱水接枝,使乳酸上的羧基与羟基磷灰石表面的羟基进行反应,羟基磷灰石表面接枝上部分齐聚物,再加入丙交酯进行封管聚合接枝。接枝率达到17%,与有机物的相容性大大增加。为了进一步提高碳纤维的生物活性和生物相容性,采用仿生矿化的方法在碳纤维的表面制备了类骨羟基磷灰石的涂层。并与纯HA进行比较,两者红外谱图基本一致,在X射线衍射图谱(XRD)中在2(?)角为33°的位置出现了羟基磷灰石的衍射峰。类骨磷灰石的钙磷比为1.33,比纯羟基磷灰石的钙磷比略低。
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