聚酸酐与羟基磷灰石复合骨修复材料的制备与调控研究

来源 :中国科学院过程工程研究所 | 被引量 : 0次 | 上传用户:xcnyy_007
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针对现有骨修复材料初始力学性能和降解性能难以调控的缺陷,本文通过对有机单体的分子设计、无机纳米粒子的尺度和形貌调控及复合材料制备过程的界面控制,制备出初始强度和降解性能可调、在纳米尺度上分散均匀的聚酸酐与羟基磷灰石复合骨修复材料。主要具有创新性的成果如下: (1)首次将氨基酸引入水热法制备羟基磷灰石工艺,通过选择氨基酸的种类,成功制备出多种形貌的纳米羟基磷灰石颗粒:未加氨基酸的羟基磷灰石颗粒呈棒状,苏氨酸使羟基磷灰石颗粒呈针状,酪氨酸使羟基磷灰石颗粒呈球状或椭球状,半胱氨酸使羟基磷灰石颗粒呈碎粒状,天冬氨酸使羟基磷灰石颗粒呈光滑的片状,其他氨基酸对颗粒形貌影响不大。 (2)采用计算机模拟的方法,阐述了颗粒形貌的调控机理,预测了不同pH值下纳米羟基磷灰石的形貌,并用实验进行了验证。不同的氨基酸在晶体不同晶面上的吸附能力不同,只有当吸附过程的△G比Ca2+和PO43-离子更小时,氨基酸才能牢固地吸附在羟基磷灰石的相应晶面上,并在晶体生长过程中抑制该晶面的生长,使最终的晶粒形貌发生改变。pH值改变后,酪氨酸使羟基磷灰石颗粒呈纤维状,半胱氨酸使羟基磷灰石颗粒呈长针状,天冬氨酸不仅产生了长径比较高的针状晶体,而且使羟基磷灰石片状晶体的表面形成条纹。 (3)优化了四种端烯酸酐单体的合成条件,包括甲基丙烯酸酐化的柠檬酸、1,4-双(对-羧基苯氧基)丁烷、均苯四甲酸酐二酰亚胺丙氨酸和癸二酸。合成了四种酸酐单体,研究了反应温度、反应时间、反应物配比等条件对制备过程的影响,并采用光谱分析的手段,阐明了单体的化学结构,发现酸酐单体均发生了一定程度的低聚。 (4)将多种形貌的纳米羟基磷灰石颗粒引入聚酸酐基体中,考察复合方法、羟基磷灰石含量和形貌及酸酐单体的种类对复合材料初始力学性能和降解特性的影响。在原位聚合前的酸酐单体中加入羟基磷灰石的悬浮液,可以得到分散良好的纳米复合材料,发现通过改变羟基磷灰石的含量和形貌及聚酸酐的种类可以调控复合材料的初始力学强度和降解特性。交联聚酸酐与羟基磷灰石复合材料的压缩强度在45-295MPa之间,压缩弹性模量在0.3-10GPa之间,降解时间在数十小时到数千小时之间。
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