鈮酸鋰鈉鉀新型生物壓電陶瓷的研究.pdf

1、本研究將工業(yè)用壓電陶瓷與天然骨的壓電效應相類似的特性引入生物材料的仿生設計，從電活性角度開發(fā)新型的骨替代材料。將新型無鉛壓電陶瓷鈮酸鋰鈉鉀(LNK)分別與生物陶瓷羥基磷灰石(HA)和β-磷酸三鈣(TCP)復合，制備成不同含量組成的生物壓電陶瓷。通過對材料壓電效應和成骨特性的檢測，來研究與骨組織電學性能相匹配的生物材料。 基本設計理念為： 一、骨的壓電性決定了骨的塑形和改建，而壓電陶瓷的壓電效應，即機械能和電能的互相轉換能

2、力與骨類似。因此，壓電陶瓷LNK與生物陶瓷復合制備，可將兩類陶瓷的特性優(yōu)化組合來模擬天然骨的無機組成和電活性特征，將會進一步提高了材料的生物活性。 二、壓電陶瓷材料的選擇：壓電陶瓷系列品種眾多，應用廣泛。傳統(tǒng)的壓電陶瓷大多數(shù)為含鉛陶瓷，鉛含量占到70％左右，壓電性能較高。眾所周知，鉛嚴重危害環(huán)境和人體健康，為了達到醫(yī)用材料生物相容性的要求，必須選擇無鉛類壓電陶瓷。LNK 是新型無鉛壓電陶瓷，具有良好的壓電性能，其組成成分均為人體

3、必須的微量元素，無毒，無致畸作用，與其它無鉛壓電陶瓷相比，壓電性能高，性能穩(wěn)定。 三、生物陶瓷HA和β-TCP有著與天然骨相類似的組成和結構，與體內(nèi)復雜的生理環(huán)境有天然的親和力。β-TCP具有良好的生物降解性能，在特定的組成比例下，HA/TCP陶瓷還具備骨誘導特性。本研究設計HALNK和TCPLNK兩種生物壓電陶瓷，又可稱為非降解和可部分降解的生物壓電陶瓷，不僅提高的材料生物活性，還為今后的臨床需求提供了多種選擇。 本課

4、題由三部分實驗組成： 1.生物壓電陶瓷材料的制備與電學性能表征 本實驗采用工業(yè)制備壓電陶瓷的常規(guī)方法，對制備工藝進行改良，將生物陶瓷HA和β-TCP分別與壓電陶瓷LNK以1/10，2/8，3/7，46，5/5，6/4，7/3，8/2 含量復合。電學性能檢測結果顯示，壓電性能隨著LNK含量的增加而升高；組成相HA、β-TCP和LNK，均保持了原有的特性；1/10和5/5壓電性能有等級差異。經(jīng)過制備工藝改良，生物壓電陶瓷最大

5、限度的避免了外界不良因素的干擾，提高材料的生物活性和生物相容性。 2.生物壓電陶瓷體外誘導形成類骨磷灰石的研究 生物材料誘導形成類骨磷灰石的能力是決定材料是否具有骨誘導性的首要條件。本實驗在模擬體液中分別測試幾種壓電陶瓷樣本的誘導礦化性能。結果顯示，類骨磷灰石晶體在生物壓電陶瓷的負極面大量沉積生長，而正極端較少；類骨磷灰石晶體在樣本負極面沉積量從大到小排列：TCPLNK1/10>TCPLNK5/5>HALNK1/10>H

6、ALNK5/5>LNK。結果表明，生物壓電陶瓷誘導形成類骨磷灰石能力是由材料的負極面對體液中離子定向誘導吸附能力和β-TCP相的生物降解性能共同作用的結果。 3.生物壓電陶瓷促進大鼠來源成骨細胞活性的研究 TCPLNK和HALNK與大鼠來源的成骨細胞在接種早期就表現(xiàn)了良好的粘附性，形態(tài)正常，增殖和分化功能旺盛，呈復層生長；在所有樣本負極面的成骨細胞增殖和分化能力均高于正極面；TCPLNK1/10負極面的成骨細胞增殖和堿性

7、磷酸酶活性明顯優(yōu)于其它組。實驗結果說明：①生物壓電陶瓷TCPLNK和HALNK有著優(yōu)良的生物相容性。②LNK 相負極表面通過吸附外界的正電荷，形成正電荷集中位，又根據(jù)異種電荷吸引理論吸附體液各種帶負電荷的成分，從而促進了蛋白吸附層的形成和細胞的粘附聚集。③TCPLNK的β-TCP相生物降解后在陶瓷表面形成了大量的孔隙，提高了材料的骨傳導和骨誘導性。 綜上所述，本研究將工業(yè)用無鉛壓電陶瓷LNK引入醫(yī)用材料，設計制備了新型生物壓電陶