可降解钙磷生物玻璃陶瓷制备及性能研究

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1、天津大学硕士学位论文可降解钙磷生物玻璃陶瓷制备及性能研究姓名：张文娟申请学位级别：硕士专业：材料学指导教师：蔡舒20080501摘要钙磷生物玻璃陶瓷由于其化学组成和生物性能与骨骼无机相具有相似性而广泛的应用作骨组织替代材料。不同的用途和植入环境等对材料的生物降解速率要求不同，钙磷生物玻璃陶瓷的化学组成、结构、力学性能和降解性可通过起始组成和析晶处理来调控，被认为是最具应用前景，可作为硬组织修复和药物载体的无机材料之一。本文用熔融法制备CaO．P205．B203．Na20(CPBN)生物玻璃粉末，采用有机泡沫浸渍法将其制成多孔微晶玻璃。用FTIR、DSC．TG、XRD和SEM对微晶玻璃的相组成

2、和微观结构进行分析，在模拟体液中浸泡后测试材料的生物活性。用溶胶·凝胶法制备CaO-P205．ZnO-Na20(CPZN)和CaO-1"205-SrO—ZnO-Na20(CPSZN)玻璃体系，研究了ZnO、SrO的加入以及热处理对玻璃陶瓷相组成、玻璃结构和微观结构的影响，分别在磷基缓冲液(PBS)和模拟体液(SBF)中测试了材料的降解性和生物活性。实验结果表明，采用有机泡沫浸渍法制得的CPBN多孔玻璃体在700℃热处理后析出直径为纳米级的纤维状p．Ca(P03)2晶粒，且纤维状晶粒由粒径小于20nm的球形晶粒构成。试样的孔隙率为60----70％时抗压强度在2．25---3．27MPa，可用

3、作小面积的骨修复材料。将样品浸渍于SBF溶液3天，局部析出一层球状新物质，经能谱分析为羟基磷灰石，可见制备的多孔生物微晶玻璃具有良好的生物活性。用溶胶一凝胶法制得的CPZN和CPSZN玻璃陶瓷呈多孔结构。CPZN玻璃在750。C热处理后孔壁上析出的主晶相为具有生物相容性的p-Ca2P207和Na2CaP207，孔筋上和孔壁上玻璃基质中析出纳米Ca4P6019晶体。将样品浸泡于PBS溶液中11天后钙离子浓度达到峰值，随后Ca2+浓度大幅度下降，从SEM照片中可观察到降解11天后表面开始有类羟基磷灰石沉积，Ca2十的溶出和类羟基磷灰石的沉积使得Ca2+浓度达到一种动态的平衡。样品在SBF中浸泡7

4、天后，局部沉积了一层羟基磷灰石矿化层。CPSZN体系未见纳米Ca4P6019晶体析出，与CPZN体系相比Ca2+浓度在7天后开始降低，由SEM照片可观察到7天后有类羟基磷灰石和含锶的羟基磷灰石沉积。样品在SBF中浸泡3天后，表面沉积了一层类羟基磷灰石和含锶羟基磷灰石矿化层。可见SrO的加入对玻璃陶瓷的生物活性具有促进作用。关键词：钙磷玻璃陶瓷溶胶．凝胶晶化降解ABSTRACTCalciumphosphateglass-ceramicsarewidelyusedasbonereplacementmaterialsfortheirchemicalcompositionandbiologicalp

5、ropertyaresimilartobonemineral．Thedemandingofthebiodegradationpropertyisvariationalwiththepositionandreplacementcondition．Calciumphosphateglass—ceramicsareconsideredtobeoneofthemostsignificantpotentialbonereplacementanddrugdeliverymaterialsforthecontrollablechemicalconstitution，structure，mechanical

6、propertyanddegradation．Inthisstudy,theporousglass-ceramicswereobtainedbydippingpolymerfoamsintoslurryincludingtheglasspowderofCaO—P205一B203-Na20(CPBN)preparedbymelt-quenchingmethod．Theglassconstitution，crystallizationfromglassmatrixand．microstructurewereanalyzedbyFTlRDSC-TGXRDandSEM．TheCaO-P205-ZnO

7、-Na20(CPZN)andCaO—P205一SrO—ZnO—Na20(CPSZN)glass—ceramicswerepreparedbysol-gelmethod．TheinfluenceofZnO，SrOandheattreatmenttothephaseconstitutionandmicrostructureoftheglass-ceramicwerealsoinvestigated．Thebiod