纳米羟基磷灰石壳聚糖电学相容生物复合材料的研究

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1、南京航空航天大学硕士论文摘要本文以自然骨的组成和结构为模型，选择具有优异生物相容性和生物活性的纳米羟基磷灰石（HA）与壳聚糖（CS）复合体系为研究对象，分别采用原位沉析法和原位复合法制备具有类似自然骨生物电学特性的纳米羟基磷灰石/壳聚糖复合材料。通过X射线衍射仪（XRD）以及透射电子显微镜（TEM）分别研究了不同制备方法对纳米HA在CS基体中的结晶情况以及纳米HA粒子在CS基体中的分散性能的影响；并研究了不同HA含量对该复合材料力学性能和生物电学性能的影响；并以骨材料为参照物研究羟基磷灰石/壳聚糖复合材料的微结构与性能之间的相关规律。试验结果表明，原位复合法改善了纳米HA粒子在CS基体中

2、的分散效果，HA的结晶度较低，且晶粒细小。随HA含量的增加，复合材料的弯曲强度先升高后降低，压缩强度非线性升高，模量的变化原位复合法较原位沉析法平缓，介电常数和压电常数都有一定程度的降低。当HA和CS质量比为0.1时，复合材料的弯曲强度和模量为75.9MPa和3.3GPa，压缩强度和模量为47.5MPa和2.2GPa，在1MHz频率下的介电常数为12，压电常数d33为9.0pC/N，接近自然骨的水平。由于其与自然骨的生物力学以及生物电学的相似性，该复合材料具有在硬组织修复方面潜在的用途。关键词：生物材料，羟基磷灰石，壳聚糖，力学性能，电学性能i纳米羟基磷灰石/壳聚糖电学相容生物复合材料的

3、研究AbstractChitosanandhydroxyapatitewerewidelyusedinbiomedicalapplication,especiallybonereparationmaterialsduetotheirbiocompatibilityandbioactivity.Inpresentresearch,bonewaschosenastheprototypetodesignnano-hydroxyapatiteparticle/Chitosan(nHAp/CS)electro-compatiblecompositebiomaterialviain-situcomp

4、ositingandin-situprecipitationmethods.ThecrystalstructureofnHAp/CScompositeswasanalyzedbyX-raydiffraction(XRD).Thedispersionofnano-HAparticlesinthecompositewasobservedthroughtransmissionelectronmicroscopy(TEM).TheeffectsofthedifferentamountsofHAonthemechanicalandbio-electricalpropertiesofthecompo

5、sitewereinvestigatedincomparisonwithnaturalbone.Aswellastherelationshipbetweenmicrostructureandperformanceofthecompositewasdiscussed.Theresultsindicatethatin-situcompositingmethodimprovesthedispersionofnano-HAparticlesinthechitosanmatrixbutdecreasesthecrystallinityandgrainsizeofHA.Withtheincreasi

6、ngHAcontent,theflexuralstrengthsofnHAp/CScomposites,preparedviabothin-situcompositingandin-situprecipitationmethods,initiallyincreaseandsubsequentlydecrease,aswellasthecompressivestrengthsincreasenon-linearly,whereasthemodulusofin-situcompositedspecimenshowsamilderchangingtendencythanthein-situpr

7、ecipitatedone.Meantime,thedielectricconstantsandthepiezoelectricconstantsdecreasetoacertaindegree.WhenthemassratioofHAandCSis0.1,theflexuralstrengthandmodulusofthecompositeare75.9MPaand3.3GPa,thecompressionstrengthandm