羥基磷灰石-碳納米管和氧化鈦納米管復(fù)合生物材料的制備與表征.pdf

1、羥基磷灰石(HA)是人體骨骼和牙齒的最主要無(wú)機(jī)成分，人工合成的HA具有良好的生物相容性和生物活性，但HA脆性大、強(qiáng)度低，抗折強(qiáng)度和斷裂韌性指標(biāo)均低于人工致密骨的特性，限制了它在臨床的實(shí)際應(yīng)用。醫(yī)用金屬鈦表面涂覆HA可結(jié)合金屬材料的良好力學(xué)性能和HA良好生物性能，已被廣泛地用作人體硬組織替代材料。然而，HA與鈦基底熱膨脹系數(shù)失配造成的殘余應(yīng)力，降低了涂層與基底之間的結(jié)合力，臨床應(yīng)用中常出現(xiàn)涂層脫落或植入體松動(dòng)現(xiàn)象。二氧化鈦納米管具有良好的

2、生物活性、抗腐蝕性及耐磨損性，因此，發(fā)展HA/二氧化鈦納米管復(fù)合增強(qiáng)體，可望起到增韌補(bǔ)強(qiáng)作用，提高HA涂層的力學(xué)性能，具有重要的臨床應(yīng)用價(jià)值。磷酸鈣骨水泥(CPC)是一種重要的硬組織修復(fù)材料，在臨床上已廣泛應(yīng)用，如何進(jìn)一步提高CPC的力學(xué)性能，解決其抗壓抗折強(qiáng)度低等力學(xué)問(wèn)題，仍面臨很大的挑戰(zhàn)，而碳納米管(CNTs)具有獨(dú)特的力學(xué)性能，因此發(fā)展CPC/CNTs復(fù)合材料，有望獲得力學(xué)性能優(yōu)異的纖維類增強(qiáng)材料，而其中的關(guān)鍵問(wèn)題是需要解決CPC

3、/CNTs復(fù)合材料的生物安全性問(wèn)題。 針對(duì)上述關(guān)鍵問(wèn)題，本文采用水熱法制備了HA/TiO2納米管和HA/MWNTs復(fù)合增強(qiáng)體，為獲得力學(xué)性能優(yōu)良的硬組織替代材料和骨水泥硬組織修復(fù)材料提供基礎(chǔ)。主要研究結(jié)果和進(jìn)展如下： 1.采用水熱法，以P-25為原料，保持固液比1.5g/140 mL，在10 mol/L的NaOH溶液中水熱反應(yīng)48 h，成功制備了二氧化鈦納米管粉體，納米管管徑8-10 nm，長(zhǎng)度約幾個(gè)微米； 2.

4、首次采用電泳沉積方法，在鈦表面涂覆HA/二氧化鈦納米管梯度復(fù)合涂層，經(jīng)過(guò)700℃煅燒處理2 h，所制備的HA/TiO2納米管梯度復(fù)合涂層剪切力達(dá)到32.97±2MPa(一般HA涂層與基底之間的剪切力為19.82±3MPa)，接近與人體骨的承載強(qiáng)度(35MPa)；大載荷劃痕測(cè)試結(jié)果表明，這種梯度復(fù)合涂層與Ti基底之間的結(jié)合力比純HA涂層與Ti基底之間的結(jié)合力提高了約2.3倍。考察了煅燒溫度對(duì)電泳沉積涂層與基底之間的結(jié)合力的影響，結(jié)果表明7

5、00℃煅燒2h可有效地對(duì)HA涂層材料實(shí)現(xiàn)增韌補(bǔ)強(qiáng)作用； 3.采用化學(xué)共沉淀結(jié)合水熱后處理，實(shí)現(xiàn)了HA/MWNTs復(fù)合生物材料的宏量制備，當(dāng)復(fù)合材料中碳納米管含量占15％時(shí)，MWNTs與HA發(fā)生充分作用，可在MWNTs表面覆蓋一層緊密的純納米HA晶粒膜層。經(jīng)700℃煅燒后，發(fā)現(xiàn)HA與MWNTs的結(jié)合進(jìn)一步強(qiáng)化，在MWNTs表面形成更加致密均勻的HA膜層； 4.體外細(xì)胞培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)表明，含15％MWNTs的HA/MWNTs復(fù)合材