生物活性玻璃支架材料制备工艺的研究

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1、摘要作为骨组织体外构建的细胞载体材料，要求骨组织工程支架具有良好的生物相容性、三维连通多孔结构、可加工性、一定的机械强度以及良好的细胞亲和性和材料细胞界面。骨齿科修复的l临床应用表明，生物活性玻璃是一类具有良好生物相容性、生物活性和骨形成特性的骨修复材料。特别是近年来研制成功的溶胶一凝胶生物活性玻璃，由于同时具有较熔融法制备的生物玻璃更高的生物活性和纳米微孑L结构，从而成为一类新型的骨修复和骨组织工程材料。本研究采用溶胶一凝胶法和熔融法制备了不同组成的生物活性玻璃粉体原料58S、77S和45S5，并以

2、三种粉体为原料通过正交实验制备出具有高孔隙率、大孔径、孔隙率可控及一定机械强度的生物活性玻璃支架材料。利用体外模拟实验方法结合DSC／TG、SEM／EDX、XRD及FTIR等材料显微结构及性能研究手段分析比较了所制备的各种粉体原料和多孔材料的显微结构、表面形貌、抗折强度及生物活性和生物矿化性能。研究结果发现采用溶胶一凝胶法制备的生物活性玻璃粉体原料颗粒粒度小，颗粒尺寸小于5um，颗粒间的分散性较好，未出现颗粒的团聚现象，具有巨大的比表面积和大量纳米级微孔，体外模拟实验也表明溶胶一凝胶法制备的生物活性玻

3、璃具有更高的生物活性，是一种具有很高应用价值的骨修复及骨组织工程材料。本研究采用碳酸氢铵和淀粉混合为造孔剂，制备了不同生物活性玻璃多孔支架，并探讨和优化了此类多孔支架材料的制备工艺参数。研究发现在干压成型压力为20MPa、造孔剂含量为60％、烧成温度为800℃、熔融法制备的45S5的加入量为10％的条件下，制备出大孔径为100pm～3001．trn，具有一定微d,-fL径(<20“m=，抗折强度达到4．5MP，孔隙率达到68．74％的生物活性玻璃多孔支架材料。研究结果表明通过在58S和77S中添加一定

4、量的45S5可提高所制备支架材料的抗折强度。采用体外模拟实验分析测试了所制备支架材料的生物活性和生物矿化性能。研究发现单独采用58S制备的样品B．的生物活性和生物矿化性能最高，其次是58S与45S5混合制备的样品B4，然后才是用77S制备的样品B5。样品Bl和B4在37。C的模拟生理溶液中浸泡4小时，其样品表面及其孔壁上布满了由无定形态矿化成网枝状的碳酸羟基磷灰石(HCA)微晶构成的球形晶簇，晶簇尺寸约l～211m，反应l天后，形成的球形晶簇的直径有所增大(直径约4pm)，并融合成片覆盖于整个材料孔洞

5、的表面。样品B2浸泡I天后试样表面仅出现零星的晶簇。通过将77S与45S5以一定的比例混合制备的样品B5的生物活性和生物矿化性能得到提高，样品B5在模拟生理溶液中浸泡4小时，其表面及孔壁上生成了少量的HCA球形晶簇，并随着华南理工大学硕士学位论文浸泡时间的延长，反应1天，这种球形晶簇长大(直径约1～2um)并大量生成。浸泡的过程中，样品的质量均不断的减少。因此本研究表明58S和45S5混合制备的多孔材料是一种具有一定力学性能、良好生物活性和生物矿化特性的生物材料，可用于制备骨缺损填充材料和骨组织工程支

6、架。关键词：溶胶一凝胶法；生物活性玻璃；多孔生物材料；抗折强度；孔隙率：生物相容性：组织工程支架IIAbsttactAbstractAsthecarriersofcellsattachmentforboneconstructioninvitrointissueengineering，thescaffoldsarerequiredtopossessgoodbiocompatibility,3-Dinterconnectiveporousstructure，machinabilityandtheinter

7、faceofthescaffolds／cells．Itwasprovedbyclinicapplicationthatbioactiveglasseswerethebiomaterialsforbonerestorationwithexcellentosteo—productionfunction．Asanewgenerationofbioactiveglasses，thesol-gelderivedbioactiveglassesarethoughttobeapromisingbiomaterial

8、sforbonereconstructionandtissueengineeringscaffoldswithevenhigherbioactivityandcellsattactmentthanthemeltingderivedbioactiveglasses．Inthestudy,weselectedbioactiveglassofdifferentofcontentincluding58S，77Sand45S5topreparebioactivep