特材班-新型稀土钇掺杂改性磷酸钙骨水泥-立项申请书

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1、附件1：第十四届“挑战杯”全国大学生课外学术科技作品竞赛江西理工大学赛区作品立项申报书作品名称：新型稀土钇掺杂改性磷酸钙骨水泥申报者姓名（集体名称）：罗远方卢赛辉所属学院及班级：材料科学与工程学院无机122班联系电话：18370993399指导老师姓名：漆小鹏申报立项时间：2014年11月类别：□￭自然科学类学术论文□哲学社会科学类社会调查报告和学术论文□科技发明制作A类（大型制作）科技发明制作B类（小发明、小制作）161.本课题研究的目的和基本思路1.1目的：本课题采用掺杂稀土钇对磷酸钙骨水泥进行改性研究，探究稀土钇的掺杂对磷酸钙骨水泥性能的影响，制备出生物相容性优

2、良、具备显影性能、符合实际应用需要的新型磷酸钙骨水泥。1.2基本思路：此课题研究的基本思路有：（1）制备出新型稀土钇改性磷酸钙骨水泥，确定制备工艺，为材料的后续发展提供实验指导。（2）明确钇离子对磷酸钙骨水泥水化机理的影响、在水化过程中所起的作用，水化产物结构的变化，为稀土改性磷酸钙骨水泥的后续研究和发展提供理论指导。（3）明确稀土钇的加入量对材料力学性能、pH值、流变学性能、可注射性能、显影性能、微观结构及生物学性能的影响和机理，确定钇的最佳加入量。（4）通过体外实验，确定稀土钇改性磷酸钙骨水泥中钇离子的释放规律；明确钇离子的加入对材料生物学性能及体外降解性能的影响

3、，深入分析钇离子在其中所起的作用，为稀土改性磷酸钙骨水泥的后续研究和实际应用提供理论支持。2.作品的科学性、先进性及独特之处2.1作品的科学性、先进性：稀土元素由于具有独特的原子结构和化学性质，应用领域日益广泛。自开发应用以来，先后在冶金、石油化工、轻纺、玻璃陶瓷、永磁、液氢材料等许多方面得到了应用。稀土还具有类似微量元素的性质，可以促进农作物的种子萌发，促进根系生长，促进植物的光合作用。另一方面，人体硬组织的无机成分除羟基磷灰石外还有许多阴、阳离子，并且发现在生物磷酸盐化石中，稀土元素含量比较高。而钇元素，作为稀土元素掺杂羟基磷灰石，对羟基磷灰石的合成有促进作用，并

4、且使其具有更稳定的性质。16而磷酸钙骨水泥的自固化产物也是羟基磷灰石，依据钇掺杂羟基磷灰石的优良性能，判断钇掺杂磷酸钙骨水泥业必定会有良好的改性效果。故有此课题来探究钇掺杂改性磷酸钙骨水泥具体性能的变化，其钇掺杂羟基磷灰石具有的特点：（1）稀土元素Y的原子半径与Ca相当，可以用Y离子替代羟基磷灰石中的Ca离子。用Y离子替代羟基磷灰石中的Ca离子，能够形成更加稳定的磷灰石结构。（2）相对于HA，含钇羟基磷灰石表现出更好的细胞相容性。（3）本身含钇羟基磷灰石材料符合生物体应用的基本要求，无细胞毒性作用。（4）氧化钇的加入对羟基磷灰石的生成有促进作用，而且降低了其生成的温度

5、。（5）含钇羟基磷灰石纳米微晶在形态、晶体结构等方面与生物骨、牙组织磷灰石相似，钇的加入提高了HA的生物活性，并且使其具有一定的抑菌作用。（6）由于钇掺杂的羟基磷灰石具有亲水性，在酶解物试验中，相比于HA和掺杂Cd、Zn、Mg离子的羟基磷灰石，Y-HA对变性骨胶原具有最好的吸附性。并且，Y-HA对于Ca离子的吸收也较其余几者强，随着Y离子含量的增加，Ca离子的吸附浓度也变大，表明Ca离子和Y离子之间有较好的相容性，这可能是由于Y3+相对于其它离子(二价离子Cd离子、Zn离子、Mg离子)而言，具有不同的电荷数和结构。（7）在骨粘附性方面，Y-HA比HA以及Cd、Zn、M

6、g离子掺杂羟基磷灰石的骨粘附性好。含钇离子浓度较大的的HA相比浓度较小者更能促使骨细胞贴壁生长。因此，由上述钇掺杂羟基磷灰石各种性能的提高，给此次课题研究的钇掺杂磷酸钙骨水泥提供了良好的依据，表明了作品的科学性与先进性。2.2作品的独特之处：本研究提出用稀土钇来改性磷酸钙骨水泥，将钇对材料生物学性能的改善与磷酸钙骨水泥本身的优异性能结合起来，开展稀土在磷酸钙骨水泥中的应用，并提出进行稀土钇对磷酸钙骨水泥水化性能和机理、力学性能、显影性能、流变学性能、微观结构及生物学性能影响的系统研究和分析，具有鲜明的特色。（1）开展了稀土钇在磷酸钙骨水泥中的应用，并对其水化机理进行研

7、究和分析，为磷酸钙骨水泥的发展提供新的思路和方法。（2）提出利用稀土钇的掺杂来改善磷酸钙骨水泥显影性能和生物学性能，并将其和材料的力学性能、pH值、流变学性能、微观结构、钇离子释放率、体外降解性能等进行结合，综合分析钇离子的作用机理。163.作品的实际应用价值和现实意义随着科学技术进步和生产力的迅速发展，人们生活水平得到提高，寿命得以延长，如何改善康复治疗水平以提高患者的生活和生命质量也受到了重视和关注。生物医学工程学的快速发展为实现这一目标提供了可能，其研究焦点之一集中在对生物医用材料的探索上，而骨组织修复材料一直是生物医用材料的研究热点[1,2]