碳纖維增強(qiáng)HA-PMMA骨修復(fù)材料的制備及性能研究.pdf

1、當(dāng)骨組織因?yàn)閯?chuàng)傷、感染、腫瘤及發(fā)育異常等原因?qū)嵤┦中g(shù)剔除病變骨組織后，會(huì)造成大塊骨缺損，這時(shí)僅僅依靠骨自身的修復(fù)能力已經(jīng)無(wú)法愈合，必須進(jìn)行骨移植手術(shù)，將合適的骨材料填充缺損部位，以便于新骨生長(zhǎng)。移植骨的來(lái)源有自體骨、異體骨和人工骨材料。自體骨移植和異體骨移植存在供體有限和免疫排斥等諸多問(wèn)題。因而發(fā)展以生物材料為基礎(chǔ)的人工骨材料是治療骨缺損的重要手段。理想的骨修復(fù)材料，應(yīng)當(dāng)具有優(yōu)良的生物相容性和生物活性，與自然骨相匹配的良好的機(jī)械力學(xué)性能

2、。聚甲基丙烯酸甲酯（Polymethyl methacrylate，PMMA）從它誕生以來(lái)，就作為醫(yī)用材料使用，主要用于骨骼的替代或修復(fù)。近年來(lái)由于聚甲基丙烯酸甲酯操作簡(jiǎn)單，生物相容性優(yōu)良，成本低廉，被臨床廣泛應(yīng)用。但作為骨組織支撐材料，其力學(xué)性能很難滿足要求，而且在骨-水泥界面易形成纖維組織，既不能被吸收，也不利于骨長(zhǎng)入。因此，研究者對(duì)PMMA生物材料進(jìn)行了大量的改性研究，如采用羥基磷灰石、生物活性陶瓷或自然骨粉等顆粒來(lái)增強(qiáng)PMMA復(fù)

3、合材料，所制備的復(fù)合材料具有很好的生物相容性和生物活性，但其力學(xué)強(qiáng)度很難達(dá)到要求。然而，纖維增強(qiáng)復(fù)合材料具有比強(qiáng)度高、抗疲勞性能好、耐熱性能優(yōu)良等優(yōu)點(diǎn)，已被廣泛用于航空、航天、醫(yī)用及其他領(lǐng)域。因此，如果能綜合PMMA、納米羥基磷灰石（hydroxyapatite，HA）和纖維這三者的性能，揚(yáng)長(zhǎng)避短，優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)，可望得到一種理想的骨修復(fù)替代材料。
　　 以丙烯腈短切碳纖維（short carbon fiber，Cf）為增強(qiáng)相，HA為

4、改性體，PMMA為基體，采用原位合成與溶液共混相結(jié)合的方法，制備了Cf-HA/PMMA生物復(fù)合材料。分別研究了短切碳纖維和HA表面改性、引發(fā)劑用量、水油比、反應(yīng)溫度、碳纖維含量和HA質(zhì)量分?jǐn)?shù)對(duì)復(fù)合材料微觀結(jié)構(gòu)和性能的影響。用X-射線衍射儀（XRD）、紅外吸收光譜儀（FTIR）、掃描電子顯微鏡（SEM）、能譜儀（EDS）和透射電鏡（TEM）等分析測(cè)試手段對(duì)材料的結(jié)構(gòu)組成及斷面和表面的微觀形貌等進(jìn)行測(cè)試和表征，使用萬(wàn)能材料試驗(yàn)機(jī)測(cè)試其力學(xué)性

5、能。
　　 研究結(jié)果表明：該合成工藝可以保證短切碳纖維和HA在基體PMMA中分布均勻，所制備的復(fù)合材料具有較好的力學(xué)性能。經(jīng)表面氧化的碳纖維和用卵磷脂改性后的HA與PMMA基體的界面結(jié)合性明顯得到改善，且制備的Cf-HA/PMMA復(fù)合材料的力學(xué)性能得到顯著提高。隨著碳纖維含量，BPO用量，水油比、反應(yīng)溫度和HA質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增大，Cf-HA/PMMA復(fù)合材料的力學(xué)性能呈先增大后減小的趨勢(shì)。當(dāng)碳纖維的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為4％、引發(fā)劑用量1.6w

6、t％、水油比為3：1、反應(yīng)溫度為80℃和HA的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為8％時(shí)，Cf-HA/PMMA復(fù)合材料的力學(xué)性能最佳。
　　 體外浸泡實(shí)驗(yàn)表明，在磷酸鹽緩沖溶液中，Cf-HA/PMMA復(fù)合材料的吸水率比PMMA高。PMMA和Cf-HA/PMMA復(fù)合材料在水、生理鹽水和檸檬酸緩沖溶液介質(zhì)中浸泡前后形貌和結(jié)構(gòu)幾乎沒(méi)有變化，復(fù)合材料具有很好的化學(xué)穩(wěn)定性。體外模擬體液（SBF）浸泡試驗(yàn)結(jié)果表明，在Cf-HA/PMMA復(fù)合材料表面有類骨磷灰石層形成