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本论文针对目前用于骨固定和骨修复的聚乳酸/无机纳米粒子复合材料的界面强度低、粒子分散不均匀以及所采用生物活性无机填料粒径较大等缺点,对羟基磷灰石及生物活性玻璃无机纳米粒子的制备、界面改性、粒子的分散、以及复合材料的制备进行了较详细的论述。另外,对材料的力学性能、结晶性能和生物相容性进行了较细统的测试和研究。主要研究工作:
(1)以磷酸和氢氧化钙为原料在40~80℃的反应条件下制备出了米粒状和棒状的HAP粒子,然后在-50℃的冷冻干燥机中干燥48h,得到白色的HAP粉末。用TEM、SEM、WAXD、FTIR等对所得产物进行了表征。研究结果表明,提高反应温度有利于生成高结晶度的长棒状HAP颗粒。此外,煅烧温度对粒子的形貌和结晶度也有很大的影响,煅烧温度越高,粒子的结晶度就越高,并且,当煅烧温度提高到900℃以上时,HAP粒子的形貌会由长棒形逐渐变成球形。
(2)在高纯氩气气氛中,以辛酸亚锡为催化剂的反应条件下使左旋丙交酯开环聚合,直接接枝到HAP的表面,使HAP的粒子表面覆盖一层聚乳酸分子,使HAP的亲油性能得到提高。对表面接枝的羟基磷灰石(g-HAP)用31PMAS-NMR、FTIR、TGA、TEM、SEM和GPC进行了表征。结果表明,用此方法可在HAP表面接枝6%的PLLA。
(3)用溶剂法制备了PLLA/g-HAP复合材料,并对其机械性能、结晶性能和生物相容性进行了表征。试验结果表明:与纯HAP相比,g-HAP粒子更容易均匀分散到PLLA基体中,当填料含量达到4%时,PLLA/g-HAP复合材料的力学性能达到最好。由DSC和POM的实验结果表明,g-HAP粒子在聚合物基体中可以起到异相成核剂的作用。细胞实验结果表明,PLLA/g-HAP复合材料的细胞相容性明显优于纯的PLLA和PLLA/HAP复合材料。
(4)以正硅酸乙酯(TEOS)、硝酸钙(Ca(NO3)2)和磷酸氢二铵(NH4)2HPO4)为原料,利用在酸性溶液中水解,碱性溶液中缩聚沉淀,然后将反应液离心分离,冷冻干燥,最后在马弗炉中煅烧的方法,得到白色的SiO2-CaO-P2O5三元生物活性玻璃粉末。SEM和TEM分析结果表明,所得到生物活性玻璃是粒径在40nm左右的球形颗粒,且粒径分布非常均匀。
(5)以正硅酸乙酯(TEOS)和硝酸钙(Ca(NO3)2)为原料,利用在酸性溶液中水解,碱性溶液中缩聚沉淀,然后将反应液离心分离,冷冻干燥,最后在马弗炉中煅烧的方法,得到粒径为200nm左右的球形SiO2-CaO二元生物活性玻璃粉末。