明膠-CaO-SiO-,2--TiO-,2-生物活性材料的制備與研究.pdf

1、與其它復合材料相比，有機-無機雜化生物材料是應用研究最為廣泛的一類，其主要用途在于修復和重建人體的硬組織，作為骨修復或骨固定材料來使用。有機-無機雜化生物材料結(jié)合了有機組分的柔韌性和無機組分的剛性，充分利用了無機組分或部分有機組分的生物活性或降解性能，形成了具有綜合使用性能的骨修復復合材料。 實驗以明膠(Gelatin)、γ-環(huán)氧丙基氧丙基三甲氧基硅烷(GPSM)、鈦酸異丙酯(TiPT)及四水合硝酸鈣(Ca(NO<,3>)<,2

2、>·4H<,2>O)為原料，采用溶膠-凝膠法制備明膠．CaO-SiO<,2>-TiO<,2>有機-無機雜化材料。無機系統(tǒng)為材料提供化學穩(wěn)定性、生物活性和機械強度，明膠則可以使材料具有一定的韌性和生物降解性。 明膠-CaO-SiO<,2>-TiO<,2>雜化材料的結(jié)構(gòu)特點是由明膠通過其氨基酸的端基與硅烷水解開環(huán)后的端基相連，而硅烷的另一端則經(jīng)過水解縮聚反應與鈦酸異丙酯水解縮聚后形成無機網(wǎng)絡，Ca<'2+>離子以離子鍵與無機網(wǎng)絡相結(jié)

3、合，材料呈非晶態(tài)，具有微孔結(jié)構(gòu)。 明膠-CaO-SiO<,2>-TiO<,2>雜化材料具有較高的生物活性，在模擬體液中一周內(nèi)就有數(shù)量較多的羥基磷灰石晶體析出。借助XRD、SEM和EDS分析得出，鈣含量的增加提高了材料在模擬體液中表面生成磷灰石的能力，經(jīng)過對材料的生物活性機理的討論，得出了合理的解釋，在模擬體液中Ca<'2+>離子與H<,3>O<'+>離子發(fā)生交換反應是羥基磷灰石成核的關鍵，所以鈣含量的增加有利于提高材料的生物活性

4、。鈦含量對生物活性的影響較復雜，鈦含量的增加一方面提供了促進磷灰石成核的Ti-OH基團，另一方面又降低了材料的比表面積從而減少了磷灰石的成核位置。明膠-CaO-SiO<,2>-TiO<,2>雜化材料具備一定的生物降解性。通過測定材料在Tris緩沖液中隨時間的質(zhì)量損失并對其進行分析得出，明膠相對含量越高的材料降解速度越快，明膠是決定材料降解速度的關鍵因素。經(jīng)過討論得出，材料的降解性與明膠的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)有關。 明膠-CaO-SiO<,

5、2>-TiO<,2>雜化材料顯示較高的彎曲強度、低的彈性模量及一定的柔韌性。通過對材料力學性能的測試，分析了鈦含量、GPSM含量對材料斷裂應力、應變及彈性模量的影響。鈦含量的增加使材料的彎曲強度增加，斷裂應變減小，相應的彈性模量增大。GPSM含量的減少、明膠相對含量的增加則使材料的斷裂應變有顯著的提高，從而降低了材料的彈性模量，提高了材料的柔韌性。適當?shù)恼{(diào)節(jié)鈦含量及GPSM與明膠的相對含量可以得到與人體松質(zhì)骨類似力學性能的雜化材料。