锶掺杂羟基磷灰石复合物(壳聚糖与氧化石墨烯)的制备及性能研究

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羟基磷灰石(简称HA,分子式Ca10(PO46(OH)2)因具有与人骨相似的组分和结构,广泛应用于骨修复与再生。作为优良的硬组织替代材料,HA的各种优良性能也异常突出,包括生物相容性、生物活性、骨传导性以及不可多得的无毒性和无免疫原性。然而因其较差的力学性能和结合能力,在作为骨修复支架材料的应用方面仍存在不少问题,因此必须在HA中加入第二相或多相以增强其力学性能。本论文分别利用壳聚糖(CS)和氧化石墨烯(GO)与HA复合,锶(Sr)因具备促进成骨细胞生长的特性可用其对HA进行掺杂改性,最终制备出粘结性和延展性较好的复合材料,并通过X射线衍射(X-ray diffraction,XRD)、傅立叶变换红外光谱(Fourier transform infrared spectroscopy,FTIR)、扫描电子显微镜(scanning electron microscopy,SEM)、透射电子显微镜(TEM)、X射线能量色散仪(energy-dispersive X-ray spectroscopy,EDX)、X射线光电子能谱(XPS)拉曼光谱(Raman)等测试手段,对所制备的样品进行分析和研究。第一章,简述了HA在生物医学领域的应用前景,并详细介绍了HA和HA涂层的制备方法,此外,还介绍了本实验的研究背景以及科研创新点。第二章,主要介绍了实验所用原料和实验方案,以及要用到的实验器材和设备等。第三章,我们以Na2HPO4和Ca(NO32·4H2O为原料,采用化学沉淀法合成羟基磷灰石粉体,将粉体超声分散在壳聚糖的醋酸溶液中,通过溶液共混和磁力搅拌的方法制备羟基磷灰石/壳聚糖(hydroxyapatite/chitosan,HA/CS)悬浮液。采用旋涂法在不锈钢304基材表面涂覆HA/CS悬浮液,分别在25℃和37℃条件下干燥12h成膜。分析结果表明,HA/CS复合材料的拉伸强度达到69.02MPa,粘结强度达到12.61MPa,复合涂层结晶度好、黏结致密、无分解、无杂质,旋涂法能更好的使HA均匀地分散在CS中,减少HA微粒的团聚和游离,相比25℃,在37℃条件下干燥HA膜有助于HA与CS之间更多更好地结合,使所制备的HA/CS复合涂层具有更优良的性能。第四章,首先,采用化学沉淀法合成不同摩尔分数Sr掺杂的SrHA粉体(0(pure HA),0.5%,1%,2%,4%),首次通过旋涂技术在不锈钢基底上制备SrHA/CS复合涂层,研究在37℃干燥条件下复合涂层形貌及结构上的变化。分析结果表明,Sr2+取代了部分Ca2+成功掺杂进入HA晶格中,合成的HA纳米粒子具有球形形貌,而Sr2+的加入促进了HA晶体的生长,增加其颗粒尺寸。此外,Sr弥补了HA合成中的缺钙现象。当Sr掺杂量达到4%时,[(Sr+Ca)/P]摩尔比达到了1.68,这接近Ca/P的理论比值1.67;复合涂层的粘接强度则达到13.33MPa。通过旋涂技术,HA可以均匀分散到CS中,合成的复合镀层结合致密且均匀,涂层表面无破坏或裂纹。此外,体外细胞培养试验显示所有复合涂层都具有良好的生物相容性,而4SrHA/CS涂层更利于细胞的增殖、黏附及向成骨分化。第五章,通过水热法成功合成不同GO浓度的SrHA/GO复合材料,分析结果表明SrHA呈棒状有序地排列在一起,无明显团聚现象,晶粒长度约80nm,直径约为30nm左右。SrHA在GO片层表面沉积并包裹GO,形成具有生物特性的微空隙。GO浓度增加使其与HA之间的作用更加剧烈,复合材料结合效果更好。由于GO的加入,复合材料力学性能得到提升,且所有样品均无细胞毒性。第六章,对本研究课题进行总结及展望。
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