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仿生梯度可降解骨组织工程材料设计研究

作 者: 平瑞婷
导 师: 魏强
学 校: 天津大学
专 业: 材料学
关键词: 仿生骨 纯镁 羟基磷灰石 β-磷酸三钙 微波烧结 激光表面图案化
分类号: R318.08
类 型: 硕士论文
年 份: 2012年
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内容摘要


骨缺损修复是目前临床中面临的难题之一,人们根据自体骨的结构研制了不同的仿生骨材料用以解决这一难题,但他们大部分致力于软骨的仿生研究,对硬组织的研究还很少见。因此,本课题旨在研究具备梯度可降解的复合仿生硬组织材料,使其具备与自体骨相似的结构及相匹配的力学性能。本文主要进行了以下两方面的工作:(1)选择羟基磷灰石为仿生松质骨原材料,通过微波烧结法制备出成分和结构均与自体骨相似的仿生松质骨,并对其生物活性进行测试;(2)选择纯镁为仿生皮质骨材料,首先对纯镁进行体内外降解实验,测试其生物可降解性以及生物骨诱导性,然后通过对纯镁的激光表面图案化处理来改善试样表面的生物活性,最后利用ANSYS软件对多孔镁板进行了力学性能测试。研究结果表明:(1)当烧结时的工艺参数为600W,15min时可制得由β-磷酸三钙(β-TCP)和羟基磷灰石(HA)两相组成的烧结产物;(2)在模拟体液(SBF)溶液中静态浸泡18d后,烧结后试样的表面及内部均形成类骨磷灰石,证明该试样具有良好的骨诱导性以及良好的孔连通性;(3)对纯镁试样进行体外生物性能研究时,将试样浸泡在SBF溶液中,试样的降解速度逐渐减慢,并最终达到平衡。当浸泡20h后,表面有钙磷离子沉积,因此纯镁具有一定的生物活性;(4)对纯镁试样进行体内生物性能研究时,在植入动物体内后表现出良好的生物可降解性,但是由于氢气产生量过多以及试样的骨诱导性存在不足,导致在实验前期动物体出现不适现象;(5)通过激光表面图案化在纯镁试样表面制备出具有周期性的环形V凹槽微结构,经测试表明这种V型凹槽结构有利于钙磷离子的沉积,且起到了提高表面生物活性的作用;(6)通过拉伸试验证实了ANSYS软件对纯镁进行力学性能模拟的可靠性。经过ANSYS软件对多孔纯镁平板的力学性能模拟,模拟结果表明当孔数为60,即孔隙率为15.072%时试样可满足人体骨在变形方面的力学性能需求。

全文目录


摘要  3-4
ABSTRACT  4-8
第一章 文献综述  8-21
  1.1 课题研究背景与提出  8-9
  1.2 骨组织工程材料  9-16
    1.2.1 活性陶瓷骨组织工程支架材料  10-11
    1.2.2 生物可降解金属材料  11-14
    1.2.3 可降解有机高分子材料  14-15
    1.2.4 复合材料  15-16
    1.2.5 现在材料存在的不足及展望  16
  1.3 骨支架材料的表面改性  16-20
    1.3.1 化学转化膜法  16-17
    1.3.2 微弧氧化法  17
    1.3.3 离子注入法  17-18
    1.3.4 激光表面改性法  18-20
  1.4 本文主要研究内容  20-21
第二章 材料及实验方法  21-26
  2.1 原材料及实验设备  21-22
    2.1.1 原材料  21-22
    2.1.2 实验设备  22
  2.2 实验方法  22-23
    2.2.1 微波烧结法  22-23
    2.2.2 电化学测试  23
    2.2.3 激光表面熔凝方法  23
  2.3 材料表征方法  23-24
    2.3.1 X 射线衍射(XRD)分析  23-24
    2.3.2 扫描电镜(SEM & EDS)分析  24
    2.3.3 金相(OM)分析  24
  2.4 性能测试方法  24-26
    2.4.1 力学性能测试  24
    2.4.2 耐蚀性测试  24-25
    2.4.3 动物实验  25-26
第三章 仿生骨组织工程支架的设计  26-29
  3.1 引言  26
  3.2 梯度结构设计  26-27
    3.2.1 松质骨  26-27
    3.2.2 皮质骨  27
  3.3 梯度层内部结构设计  27-29
    3.3.1 仿生松质骨内部结构设计  27-28
    3.3.2 仿生皮质骨内部结构设计  28-29
第四章 仿生松质骨的制备与评价  29-39
  4.1 引言  29
  4.2 微波烧结法制备仿生松质骨  29-33
    4.2.1 试样的制备  29-30
    4.2.2 实验结果与讨论  30-33
  4.3 仿生松质骨的体外评价  33-38
    4.3.1 实验过程  33-34
    4.3.2 实验结果与讨论  34-38
  4.4 本章小结  38-39
第五章 仿生皮质骨的评价及表面活性化  39-63
  5.1 引言  39
  5.2 纯镁的生物性能研究  39-48
    5.2.1 纯镁的体外生物性能研究  39-46
    5.2.2 纯镁的体内生物性能研究  46-48
  5.3 纯镁的激光表面图案化研究  48-53
    5.3.1 实验过程  48-49
    5.3.2 实验结果与讨论  49-53
  5.4 力学性能评价  53-62
    5.4.1 模拟前处理  53-55
    5.4.2 平板及单孔板力学性能模拟及测试  55-57
    5.4.3 多孔平板力学性能模拟及分析  57-62
  5.5 本章小结  62-63
第六章 全文总结  63-64
参考文献  64-72
发表论文和参加科研情况说明  72-73
致谢  73

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中图分类: > 医药、卫生 > 基础医学 > 医用一般科学 > 生物医学工程 > 一般性问题 > 生物材料学
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