碳-碳復(fù)合材料表面鈣磷薄膜制備與生物相容性研究.pdf

1、碳/碳復(fù)合材料具有良好的生物相容性,結(jié)構(gòu)和性能的可設(shè)計性,彈性模量等力學(xué)性能指標(biāo)與人體骨骼相當(dāng).而被認(rèn)為是最具潛力的骨修復(fù)材料之一。然而,碳/碳復(fù)合材料是生物惰性材料,植入體內(nèi)后與骨組織之間僅是機(jī)械結(jié)合,不具有誘導(dǎo)骨組織再生的功能。此外,未經(jīng)任何處理的碳/碳復(fù)合材料直接植入動物體內(nèi)后會因摩擦使部分碳粉脫落,產(chǎn)生一些碳碎片。這些缺點限制了碳/碳復(fù)合材料作為骨修復(fù)材料的應(yīng)用。在碳/碳復(fù)合材料表面制備生物陶瓷涂層,可以賦予材料表面生物活性,提

2、高種植體與周圍組織間的結(jié)合強(qiáng)度,減少游離碳顆粒的產(chǎn)生。本文通過雜交波爾山羊的體內(nèi)植入實驗,對課題組前期采用等離子噴涂工藝制備的碳/碳復(fù)合材料+羥基磷灰石涂層(C/C+HA)種植體的生物相容性進(jìn)行了研究。后期對碳/碳復(fù)合材料進(jìn)行表面改性,通過仿生法在材料表面沉積鈣磷礦物,并對表面改性和仿生沉積的工藝方法進(jìn)行了研究。為了加快鈣磷薄膜的沉積速度,還嘗試加速鈣化溶液浸泡和電化學(xué)沉積的方法在碳/碳復(fù)合材料表面制備鈣磷沉積。
　　 為期60

3、天的動物體內(nèi)植入實驗證實,C/C+HA涂層復(fù)合材料具備良好的生物相容性。材料的植入沒有引起炎性反應(yīng)和急性中毒反應(yīng),沒有對試驗動物的循環(huán)系統(tǒng)、消化系統(tǒng)、呼吸系統(tǒng)造成損傷。組織學(xué)觀察表明,純C/C表面與制備了HA涂層的表面均表現(xiàn)出良好的骨組織改建形貌；但HA涂層表面的結(jié)締組織膜的厚度明顯比純C/C表面小,剝落的碳顆粒也明顯減少。說明HA涂層的制備進(jìn)一步提高了純C/C種植體的骨組織相容性,改善了種植體表面的骨傳導(dǎo)功能,并大大減少了碳粉剝落的可

4、能性。
　　 表面改性試驗及隨后的模擬體液浸泡試驗結(jié)果表明,C/C具備微弱的在模擬體液當(dāng)中誘導(dǎo)鈣磺沉積的能力。在模擬體液當(dāng)中浸泡4天后,可以在表面獲得少量的鈣磷沉積,沉積物數(shù)量隨著浸泡時間的延長而明顯增多。使用濃硝酸、雙氧水、酸性高錳酸鉀、過硫酸銨等強(qiáng)氧化劑處理C/C,可以增加材料表面含氧官能團(tuán)的含量,增強(qiáng)材料在模擬體液當(dāng)中誘導(dǎo)鈣磷沉積的能力。氣相表面改性可以增加材料表面含氧官能團(tuán)的含量,隨著溫度的升高,含氧官能團(tuán)的含量增多。但