聚乳酸/羟基磷灰石晶须复合多孔支架的制备与性能研究

采用溶剂浇铸/真空挥发/粒子沥滤方法,采用氯化钠为造孔剂、氯仿为溶剂,最终制备出聚乳酸(PLA)/羟基磷灰石晶须(HAw)复合多孔支架.通过SEM表征了聚乳酸支架的表面形貌,用XRD、SEM、FT-IR等分析了加入不同量HAw的聚乳酸的成分、形貌以及结构特征,并研究羟基磷灰石晶须的添加量对支架的孔洞结构参数、力学性能及生物性能的影响,结果表明:可以通过控制氯化钠的粒度及用量来调节支架的孔径及孔隙率;聚乳酸(PLA)/羟基磷灰石晶须(HAw)复合多孔支架结构均匀,具有较高的孔隙率和良好的孔隙连通性;支架孔隙率在83.94;～91.08;范围内,可以满足骨组织工程对支架材料的要求;复合多孔支架的抗压强度达到5.72～ 12.73 MPa,在羟基磷灰石晶须质量比为10;时达到最大值,为12.73 MPa.     

La2O3对氧化铝/高岭土复合定向多孔陶瓷性能的影响

以微米级α-Al2O3、陶瓷水体分散剂为主要原料,以La2O3-水洗高岭土为烧结助剂,采用冰模板法制备了一种具有高孔隙率和较高抗压强度的氧化铝/高岭土复合定向多孔陶瓷.研究了不同添加量的La2O3对多孔陶瓷的显气孔率、体积密度、抗压强度和微观形貌的影响.结果表明:添加适量的稀土La2O3能降低多孔陶瓷烧结温度、提高体积密度和抗压强度.通过高能机械球磨法添加La2O3,在1350℃烧结制备的多孔材料样品显气孔率为82;,样品的抗压强度达到10 MPa以上.当La2O3加入量达到3;时,可使多孔陶瓷抗压强度提高到15.2 MPa,较不掺加La2O3提高了约53;.     

多孔双相磷酸钙骨组织工程生物支架的制备及性能研究

以碳酸钙(CaCO3)和磷酸(H3PO4)为原料,用湿法合成了双相磷酸钙陶瓷粉体,再采用激光成型技术处理聚氨酯泡沫载体,通过有机泡沫浸渍法合成多孔双相磷酸钙生物支架.采用X射线衍射仪(XRD),红外光谱分析(FT-IR)和扫描电镜(SEM)对样品的组成和形貌进行了表征.结果表明:制得的粉体为双相磷酸钙粉体,包含β-TCP和HAP两相,其中β-TCP为主相,其质量比占86.7;;制得的多孔支架为双相磷酸钙生物支架,孔隙率为90;以上,抗压强度为0.12 MPa,多孔支架具有规则直通孔与不规则三维通孔相结合的孔洞结构,直通孔孔径范围为1.0～1.3 mm,三维通孔孔径范围为200 ～ 700 μm,满足骨组织工程支架对多孔材料的孔径要求;双相磷酸钙粉体和双相磷酸钙生物支架均表现为无细胞毒性.     

原位反应烧结制备莫来石-锌铝尖晶石多孔陶瓷研究

以天然高岭土以及活性氧化铝、氧化锌为原料,通过添加天然长石,以石墨为造孔剂,原位反应烧结制备了莫来石-锌铝尖晶石多孔陶瓷.采用XRD、SEM、EDS能谱分析分别确定了试样的物相组成、显微结构与微区化学组成.采用阿基米德排水法与抗压强度测定法测定了试样的孔隙率与抗压强度.结果表明:当原位合成温度为1450～1500℃范围时,试样的物相组成为莫来石与锌铝尖晶石,莫来石呈针状晶须,锌铝尖晶石晶形发育良好,材料的抗压强度增加迅速,为最合适的原位合成温度.长石的加入促进了针状莫来石的形成,促进了材料的烧结,提高了多孔陶瓷的强度.     

磁改性HAP/CS/SiO2骨组织工程支架的制备及性能研究

本文以氢氧化钙(Ca(OH)2)、磷酸(H3PO4)和CS为原料,湿法合成了CS改性的纳米羟基磷灰石(Nano HAP)复合粉体.以上述粉体为原料,采用模具成型法,以硅胶为粘接剂,通过添加硬脂酸微球作造孔剂制成多孔骨组织工程支架;通过添加纳米四氧化三铁(Nano Fe3O4)对复合材料进行磁改性制得了磁性多孔支架.通过X射线衍射仪(XRD),红外光谱分析(FT-IR),透射电镜(TEM)和扫描电镜(SEM)对材料的成分和结构进行了表征.采用力学试验机、体外降解实验和细胞毒性实验对材料的力学性能和生物学性能进行了检测.结果表明:制备的Nano HAP在成分和结构上类似于自然骨羟基磷灰石;多孔骨组织工程支架具有良好的成骨性能,并且其三维孔洞结构满足骨组织工程支架的要求;磁改性多孔支架具有良好的磁性能.以上材料均无细胞毒性.因此,该材料有望被用于临床的骨修复治疗.     

Fe3Al/HAP生物陶瓷的制备及力学性能

本文采用化学沉淀法制备了羟基磷灰石(HAP)纳米粉体,利用铁粉和铝粉经过高能机械球磨和热处理工艺制备了金属间化合物Fe3Al粉体;将制备的HAP粉体为基体按质量百分含量加入4;的Fe3Al粉体,经过球磨分散得到复合粉体,然后经过冷压成型和160MPa冷等静压成型及1200℃真空无压烧结,得到羟基磷灰石与金属间化合物Fe3Al的生物复合材料.通过XRD、SEM等测试方法揭示了材料的相组成及微观结构,研究结果表明:采用化学沉淀法制备的羟基磷灰石粉体粒径在100纳米以内,结晶度高、粒度均匀,纯度高;Fe3Al质量含量为4;的Fe3Al/HAP生物复合材料HAP的基本晶体结构没有因为Fe3Al的加入而发生变化,其抗弯强度为89.6MPa,较纯羟基磷灰石陶瓷有了较大的提高,证明Fe3Al增强HAP是有效的.     

聚氨酯泡沫粉末在羟基磷灰石晶须多孔陶瓷材料中的应用

采用液氮冷却破碎法,将聚氨酯海绵泡沫制备成10 ～ 400 μm左右的微米级粉末,用于羟基磷灰石晶须多孔陶瓷材料的制备和研究.通过SEM表征了聚氨酯泡沫粉末的表面形貌,XRD、SEM、FT-IR等分析了烧结后多孔陶瓷材料的成分、形貌以及聚氨酯的残留.同时研究了聚氨酯泡沫粉末添加量对最终产品孔隙率和力学性能的影响.结果表明:650℃煅烧后的多孔陶瓷材料主要含有羟基磷灰石和β-TCP双相;多孔结构为蜂窝直通孔和侧壁孔,尺寸分别为300μm左右和10 ～ 80 μm.添加32;聚氨酯泡沫粉末的多孔陶瓷其最大平均抗压强度为1.18MPa;当聚氨酯添加量为38;时,材料的平均孔隙率最高,达90.48;.     

结构可调控纳米羟基磷灰石的制备研究

以天然磷矿石为原料,以羧甲基纤维素(CMC)为模板剂,制备形貌结构可调节的羟基磷灰石(HAP),研究了焙烧温度、模板剂用量和陈化时间对HAP形貌结构的调控规律.结果表明,CMC是纳米HAP结构调控的决定因素,改变模板剂用量能可控制备出颗粒状、片状及三维多孔状等不同形貌及结构的HAP;延长陈化时间有利于提高HAP的结晶度;焙烧温度为900℃时,可制备出结构稳定、结晶度高的HAP.本研究为获得结构可调控的纳米HAP提供了简单可靠的制备工艺.     

明胶/双相磷酸钙多孔陶瓷支架的制备及性能研究

羟基磷灰石与人体骨骼的无机成分相似,具有良好的生物相容性及骨传导性能,β-磷酸三钙(β3-TCP)是生物降解和生物吸收型生物活性材料,其降解产物Ca、P可进入活体循环系统形成新骨,成为理想的硬组织替代材料.以碳酸钙(CaCO3)和磷酸(H3PO4)为原料,用直接沉淀法合成双相磷酸钙陶瓷粉体,随后采用激光成型技术制备了聚氨酯泡沫载体,通过泡沫浸渍法制备了多孔明胶/双相磷酸钙陶瓷支架,并采用戊二醛交联改善支架性能.通过XRD、SEM等方法分析复合多孔支架的成分、形貌以及结构特征,并评价复合生物支架的降解性、孔隙率、力学性能和细胞毒性等.结果 表明:实验制备的粉体为双相磷酸钙,成分为β-磷酸三钙(β-TCP)和羟基磷灰石(HAP),其中,β-TCP为主相.该生物支架具有良好的孔隙结构,包含规则的直通孔和不规则的连通孔,直通孔孔径在800～950μm之间,不规则连通孔在300 ～500 μm之间,支架平均孔隙率达到83.1;;支架平均抗压强度达到1.06 MPa,满足于骨组织工程对支架材料的力学要求;该生物支架的细胞毒性为0级或1级,无细胞毒性,具有良好的降解性能.     

多孔PZT 95/5铁电陶瓷的孔隙率与电性能

以不均匀粒度的聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)微球为造孔剂,用造孔剂燃烧工艺(BURPS)制备了多孔PZT95/5铁电陶瓷.研究PMMA的添加量对多孔PZT95/5铁电陶瓷的物相组成、孔隙率和电性能的影响.X射线衍射分析显示PMMA的添加对陶瓷的物相组成没有影响,SEM结果显示PMMA微球在PZT 95/5铁电陶瓷中引入了与其大小相近的气孔;孔隙率结果表明多孔PZT 95/5铁电陶瓷的孔隙率随着坯体中PMMA的体积分数增加而增加;电性能方面,电滞回线测试和介电温谱测试结果分别表明样品的剩余极化强度和介电常数随着孔隙率的增加而减小.     

钾钠含量对堇青石蜂窝陶瓷性能的影响

以高岭土、滑石和氧化铝为主要原料采用生料一次烧结工艺制备低膨胀堇青石蜂窝陶瓷,研究了碱金属氧化物K2O和Na2O(用R2O表示)含量对试样热膨胀系数、显气孔率和抗压强度的影响,并利用X射线衍射仪、扫描电镜分析了试样的物相组成和断面形貌.研究表明,R2O含量在0.22;以下时制备的堇青石蜂窝陶瓷的热膨胀系数可达0.56×10 -6/℃,从0.22;增加到0.52;时,热膨胀系数增加到1.58×10-6/℃,显气孔率逐渐降低,而抗压强度增大;R2O含量为0.12;的基础配方试样主要由定向排列的片状堇青石晶粒构成,呈疏松多孔结构,气孔小,随着R2O含量的增加,气孔尺寸变大而数量减少.     

Influence of the macro and micro-porous structure on the mechanical behavior of poly(l-lactic acid) scaffolds

The development of macroporous biodegradable polymeric materials with three-dimensional pore structure is an important research field in tissue engineering. Structural scaffolds not only provide the cells with a mechanical support, but also perform an interactive physico-chemical role in tissue regeneration, thus it becomes important to be able to tune their mechanical properties to deliver appropriate mechanical signals to adhered cells for proper tissue regeneration. This work presents two series of poly(l-lactic acid) (PLLA) scaffolds in which we modulated the mechanical properties by systematically changing two synthesis parameters: polymer/solvent ratio and polymer-solution/porogen percentage. The peculiarity of the constructs is the presence of a double porosity: micropores generated by dioxane solvent using a freeze extraction technique and macropores produced by the leaching of macroporogen spheres. An increase in the PLLA/dioxane ratio decreases the micropores size and also influences to some extent the macropores size, due to the ability of dioxane to swell macroporogen particles. On the other hand, an increase in the amount of macroporogen increases the porosity by increasing the dimension of pore the throats connecting the macropores. Consequently, the increase in the PLLA/dioxane ratio produces a significant decrease in the permeability, and an increase in the apparent compression Young's modulus and aggregate modulus. When increasing the amount of macroporogen the permeability significantly increases and a decrease in the mechanical properties of the scaffolds is observed. Summarizing, with a systematic change of two fabrication parameters (amount of dioxane and macroporogen) the structural characteristics of the scaffolds were modulated and thereby their mechanical and transport properties were controlled.     

微孔HAp-ZrO2生物复合材料的制备及成孔机制研究

本文主要对微孔型HAp基生物材料的制备工艺及成孔机制进行了初步研究.研究发现,经冷压成型、等静压成型后的坯体再用无压烧结可制得孔径不等的微孔型HAp-ZrO2复合材料.在成型压力、烧结温度及保温时间都相同的条件下,添加剂与纳米氧化锆含量越高复合材料的强度越低,但其最低弯曲强度也达到23MPa,大大高于已报道的多孔型材料.添加剂及纳米ZrO2的加入量是材料中孔径大小及孔隙率高低的关键因素,而成型方式、烧结温度及保温时间因素对其也有影响.     

陶瓷微珠直接堆烧制备多孔莫来石陶瓷及性能研究

以高纯石英粉、氧化铝粉以及玻璃粉作为主要原料,首先通过颗粒稳定泡沫法结合离心雾化干燥装置制备得到SiO2-Al2O3陶瓷微珠,然后将其紧密堆积于坩埚中,随后经1500 ℃下直接堆积烧结1 h,利用空心微珠高温下自发泡,成功制备孔分布均匀的多孔莫来石陶瓷.研究了SiO2-Al2O3陶瓷微珠中高纯石英粉、氧化铝粉和玻璃粉组成对多孔莫来石陶瓷性能的影响.该方法简便易行,可控性强.通过该方法可制得气孔率高达85.4;,抗压强度为(3.69±0.86) MPa,低介电常数为1.70的多孔莫来石陶瓷,有望应用于透波材料领域.     

Infiltration under isostatic pressure of porous silica glasses with silica sols

In this work a SiO₂ matrix with more than 50% porosity was developed and infiltrated with a pure silica sol under isostatic pressure, as a prior step to the immobilization of radioactive waste using this technique. The silica glass was prepared through the acidic leaching of phase-separated and partially-sintered sodium–borosilicate glass powder compacts. Phase separation was promoted at different stages of the sintering process to obtain different total porosity or pore size distributions, which in all cases showed macro, meso and micropores. Infiltration leads to a significant increase in weight, reflecting the initial porosity of the substrates. Porosimetry techniques (Hg porosimetry and N₂ adsorption isotherms) show that the silica sol fills practically all the pores with diameters over 3 nm. Preliminary sintering tests show that the infiltration technique lowers the sintering temperature by more than 150 °C.     

具有碳化硅纳米线编织结构的氧化铝泡沫陶瓷的制备及性能研究

本文利用简单、高效的浆料直接发泡法制备气孔率高达96%的Al₂O₃/Si泡沫陶瓷,并选用简便、易行的焦炭埋烧工艺在Al₂O₃/Si泡沫陶瓷坯体中生长出大量SiC纳米线。通过控制烧结温度来观察分析SiC纳米线的生长形貌变化。采用扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射仪、BET比表面积测试仪、电子万能试验机等对泡沫陶瓷的微观结构、物相组成、比表面积、气孔率、抗压强度、热导率进行分析与表征。结果表明,1 450 ℃烧结时得到的SiC纳米线最多,纳米线在泡沫陶瓷孔壁交织缠绕。同时观察到SiC纳米线的存在改变了氧化铝泡沫陶瓷固有的脆性断裂模式,SiC纳米线可有效促进泡沫陶瓷在压缩过程中的裂纹偏转。本实验制备了一种新型的纳米线缠绕在孔壁上的三维网络结构的泡沫陶瓷,为在泡沫陶瓷内部原位生长SiC纳米线提供了新的方法,更好地拓展了泡沫陶瓷在环境过滤、催化剂载体等领域中的应用。     

多孔氮化硅陶瓷的微观结构、力学性能和气体透气性的研究

本研究中,以石油焦为造孔剂、Y2O3-Al2O3为烧结助剂,通过注浆成型制备出多孔氮化硅陶瓷.研究石油焦的加入量对多孔氮化硅陶瓷微观结构、力学性能及气体透气性的影响.结果表明:多孔氮化硅陶瓷的微孔是由长棒状的β-Si3N4晶粒互相搭接而成,大孔是由石油焦燃烧而成.随着石油焦加入量的增加,气孔率及达西渗透系数(μ)增大,但试样的抗弯强度降低.在起始α-Si3N4粉末中添加10wt;～50wt;石油焦、5wt; Y2O3-3wt;Al2O3 1800℃下保温2h制备出气孔率为37.08;～59.40;、抗弯强度为52.00～154.27 MPa、μ值为(3.04 ～6.87)×10-13m2的多孔氮化硅陶瓷.     

Polyvinyl alcohol cross-linked macroporous polymeric hydrogels: Structure formation and regularity investigation

A series of novel polyvinyl alcohol (PVA) hydrogels were synthesized by cross-linking of acrylate-modified PVA in aqueous solutions. Hydrogels were prepared at a temperature range −7.5 to −25 °С, macromer concentration 4-12 wt.%, and initiator concentration 0.4 to 1.6 mg/ml. The swelling behavior of polymeric hydrogels in aqueous media with different pH and ionic strength values was investigated. It was shown that they possess a high level of water absorption. The influence of different factors (porosity, pore size, and pore size distribution) and reaction conditions on the hydrogel structure was studied. The interior morphology of the hydrogel networks exhibits a complicated structure filled by fibrillar, lamellar and dendritic formations consisting of cross-linked polymer. The dispersed pores which are randomly distributed can be observed inside these formations and between them.     

成型压力对SiCnf增韧SiC陶瓷基复合材料微观结构和性能的影响

研究采用不同成型压力制备不同体积分数的SiC纳米纤维预制体,并通过前驱体浸渍裂解和反应熔渗联用工艺制备了SiC纳米纤维增韧SiC陶瓷基复合材料。研究了成型压力对SiC陶瓷基复合材料结构和性能的影响。结果表明,通过模压成型可实现高体积分数的SiC纳米纤维预制体的制备。当成型压力为40 MPa时,预制体SiC纳米纤维体积分数高达22.13%,但过高的成型压力也会导致SiC纳米纤维断裂。相较于单一前驱体浸渍裂解工艺,采用前驱体浸渍裂解和反应熔渗联用工艺制备的复合材料孔隙率显著降低,材料平均孔隙率从14.19%降至1.43%。当成型压力为30 MPa时,复合材料中游离硅含量低且SiC纳米纤维断裂少,材料抗弯强度和断裂韧性分别达到最大值178 MPa和21.6 MPa·m^1/2。