羥基磷灰石-碳納米管和氧化鈦納米管復合生物材料的制備與表征.pdf

1、羥基磷灰石(HA)是人體骨骼和牙齒的最主要無機成分，人工合成的HA具有良好的生物相容性和生物活性，但HA脆性大、強度低，抗折強度和斷裂韌性指標均低于人工致密骨的特性，限制了它在臨床的實際應用。醫(yī)用金屬鈦表面涂覆HA可結合金屬材料的良好力學性能和HA良好生物性能，已被廣泛地用作人體硬組織替代材料。然而，HA與鈦基底熱膨脹系數(shù)失配造成的殘余應力，降低了涂層與基底之間的結合力，臨床應用中常出現(xiàn)涂層脫落或植入體松動現(xiàn)象。二氧化鈦納米管具有良好的

2、生物活性、抗腐蝕性及耐磨損性，因此，發(fā)展HA/二氧化鈦納米管復合增強體，可望起到增韌補強作用，提高HA涂層的力學性能，具有重要的臨床應用價值。磷酸鈣骨水泥(CPC)是一種重要的硬組織修復材料，在臨床上已廣泛應用，如何進一步提高CPC的力學性能，解決其抗壓抗折強度低等力學問題，仍面臨很大的挑戰(zhàn)，而碳納米管(CNTs)具有獨特的力學性能，因此發(fā)展CPC/CNTs復合材料，有望獲得力學性能優(yōu)異的纖維類增強材料，而其中的關鍵問題是需要解決CPC

3、/CNTs復合材料的生物安全性問題。 針對上述關鍵問題，本文采用水熱法制備了HA/TiO2納米管和HA/MWNTs復合增強體，為獲得力學性能優(yōu)良的硬組織替代材料和骨水泥硬組織修復材料提供基礎。主要研究結果和進展如下： 1.采用水熱法，以P-25為原料，保持固液比1.5g/140 mL，在10 mol/L的NaOH溶液中水熱反應48 h，成功制備了二氧化鈦納米管粉體，納米管管徑8-10 nm，長度約幾個微米； 2.

4、首次采用電泳沉積方法，在鈦表面涂覆HA/二氧化鈦納米管梯度復合涂層，經過700℃煅燒處理2 h，所制備的HA/TiO2納米管梯度復合涂層剪切力達到32.97±2MPa(一般HA涂層與基底之間的剪切力為19.82±3MPa)，接近與人體骨的承載強度(35MPa)；大載荷劃痕測試結果表明，這種梯度復合涂層與Ti基底之間的結合力比純HA涂層與Ti基底之間的結合力提高了約2.3倍?？疾炝遂褵郎囟葘﹄娪境练e涂層與基底之間的結合力的影響，結果表明7

5、00℃煅燒2h可有效地對HA涂層材料實現(xiàn)增韌補強作用； 3.采用化學共沉淀結合水熱后處理，實現(xiàn)了HA/MWNTs復合生物材料的宏量制備，當復合材料中碳納米管含量占15％時，MWNTs與HA發(fā)生充分作用，可在MWNTs表面覆蓋一層緊密的純納米HA晶粒膜層。經700℃煅燒后，發(fā)現(xiàn)HA與MWNTs的結合進一步強化，在MWNTs表面形成更加致密均勻的HA膜層； 4.體外細胞培養(yǎng)實驗表明，含15％MWNTs的HA/MWNTs復合材