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作为一种生物医用材料至少应该具备两个方面的条件,一是要具有足够的力学强度;二是必须具有生物相容性,最好能有生物活性。
超细纤维(碳纤维,玻璃纤维)具有很高的拉伸强度与弹性模量,可以有效地提高聚甲基丙烯酸甲酯[poly(methylmethacrylate),PMMA]骨修复材料的力学性能;羟基磷灰石(Ca10(PO4)6(OH)2,hydroxyapatite,HAP或HA)是动物骨和齿的主要无机成分,与生物体组织相容性好,无毒副作用,且可以在生物体内诱导碳酸羟基磷灰石(hydroxy-carbonate-apatite,HCA)的沉积以及硬组织的再生,可以有效地提高PMMA骨修复材料的生物活性。
本文在实验室水热合成了针状纳米HAP颗粒,研究了其对PMMA力学性能的影响,研究了超细纤维对PMMA力学性能的影响,最后对改性后的PMMA的体外生物活性进行了初步表征。
本文较系统深入地研究了水热法制备纳米HAP过程中水热参数对最终合成的HAP的形貌及晶型的影响,包括①水热温度的影响;②水热时间的影响;③前驱体pH值的影响。研究了超细纤维以及合成的针状纳米HAP颗粒对PMMA的改性,主要包括①改性成分的含量对改性效果的影响;②改性成分在PMMA中的分散性对改性效果的影响;③改性成分与PMMA间界面的结合情况对改性效果的影响。最后初步研究了改性后的PMMA骨修复材料的体外(in vitro)的生物活性,包括①改性物种类对PMMA骨修复材料生物活性的影响;②在生物模拟液(simulated body,fluid,SBF)中浸泡时间对PMMA表面沉积HCA的影响。
研究结果表明,水热法制备纳米HAP时,水热温度较高,离子扩散容易,晶相生长快,晶型较完整;随着水热时间的延长,晶粒在不断生长,晶相趋于完整,尺寸也在不断地增加;前驱体的pH大于7时,由于其中的OH-的浓度较高,因此有利于HAP中OH-浓度高的晶面生长,因此可以决定合成的HAP的形貌。5%含量的纳米HAP可以较好地提高PMMA骨修复材料的拉伸强度及冲击韧性;10%含量的超细纤维对PMMA骨修复材料的拉伸强度,冲击韧性,断裂伸长率以及弹性模量等都有较大幅度的提高;机械球磨混合超细纤维与PMMA粉料,提高了其在基体中的分散性,增强了改性效果;偶联剂处理HAP和超细玻璃纤维以及浓硫酸氧化超细碳纤维改善了它们与基体界面的结合性,增强了改性效果。纳米HAP改性的PMMA由于其表面含有裸露的HAP颗粒作为类骨磷灰石的初始晶核,因此在生物模拟液(simulated body fluid,SBF)中浸泡1天表面即有HCA沉积,30天以后HCA晶相已发育得较完整,外观上呈圆球状,而PMMA原料以及超细纤维改性的PMMA在SBF中浸泡30天后表面仍未发现有HCA沉积。