发泡法制备羟基磷灰石晶须蜂窝支架材料的研究

采用羟基磷灰石晶须为原料,以月桂酸钾作为发泡剂,羧甲基纤维素作为泡沫稳定剂,通过搅拌发泡得到陶瓷泡沫体,挤压成型及冷冻干燥处理得到陶瓷坯体,再经烧结成功制备了羟基磷灰石晶须多孔陶瓷材料.通过XRD、SEM等对烧结后的多孔陶瓷材料的成分、形貌等进行了表征,并测试了其力学性能.结果表明:750℃煅烧4h的样品为具有400 μm左右的蜂窝直通孔和140 μm的侧壁孔的蜂窝多孔陶瓷材料.采用发泡法可以成功制备出羟基磷灰石晶须多孔骨组织工程支架;且羟基磷灰石晶须多孔支架的主要成分为羟基磷灰石和二氧化硅.     

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;.     

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.     

SiO2改性超长羟基磷灰石晶须的制备及研究

通过水热共沉淀反应法成功制备出超长羟基磷灰石晶须,并通过溶解正硅酸乙酯与羟基磷灰石晶须烧结得到二氧化硅表面改性羟基磷灰石.通过X射线衍射仪(XRD),红外分析(FT-IR)和扫描电镜(SEM)对样品的晶相组成、形貌、晶须长度进行了表征.结果表明:所得晶须的平均长度为230 μm,SiO2球形颗粒均匀的分布在晶须表面,其直径为600 nm,二氧化硅改性羟基磷灰石晶须可显著提高义齿基托树脂的抗拉强度.     

尿素添加量对水浴合成羟基磷灰石晶须 组成、形貌和结构的影响

通过不同尿素添加量研究水浴合成法制备羟基磷灰石晶须的过程参数,分析对产物的组成、形貌和结构产生的影响.采用X射线衍射仪(XRD)、红外光谱(FT-IR),扫描电镜(SEM)与能谱(EDS),高分辨率透射显微镜(HRTEM)等分析手段,对HA晶须的相结构、化学基团、微区成分和微观结构进行了表征.结果表明,在水浴条件下,可以成功地合成结晶度高、组成均一的羟基磷灰石晶须.随着尿素量的提高晶须长径比呈现先增加后降低的趋势,在微观形貌上羟基磷灰石晶须逐渐由针状向绒球状转化.通过红外分析,随着尿素的增加,在尿素缓慢分解的过程中,通过二氧化碳和氨的逐步释放,羟基基团、磷酸根基团和碳酸根基团在逐步加强.通过透射电子显微镜的分析,可以证明晶须沿c轴方向生长,恰当控制尿素的量,可以调控晶须的长径比,也可以通过尿素量的调控,获得一种绒球状羟基磷灰石粉体.     

纳米羟基磷灰石/羧甲基壳聚糖多孔生物复合材料的制备与性能研究

采用化学沉淀法合成了纳米羟基磷灰石粉体(HAP),以无水乙醇为沥滤剂,以16.7%(质量分数)的柠檬酸水溶液作粘结剂,通过粒子沥滤法制备了HAP/CMCS多孔材料,并对其进行了IR、XRD、SEM、孔隙率及抗压强度的测试。结果表明HAP/CMCS复合材料复合前后两组份的化学组成未发生显著变化,但两相间发生了相互作用。多孔材料孔隙率高,孔径分布范围宽,其尺寸分布大约从几微米到600微米,以圆形为主,具有良好的贯通性,非常有利于组织在其中的长入与扩展。当复合材料中CMCS含量为40%,复合材料/造孔剂的质量比为1:1时,多孔材料的孔隙率接近75%,其抗压强度可达21MPa以上,可以满足骨组织工程支架材料的要求。     

TBA/H2O溶液冷冻干燥制备多孔Al2O3支架及其生物性能

以叔丁醇/蒸馏水(TBA/H2O)结晶体为模板,用冷冻干燥法制备出片层孔及圆形孔的两种孔型氧化铝支架材料,利用SEM观察支架形貌,测试了其生物性能,系统研究浆料溶剂组分含量、冷冻温度对支架材料形貌影响,探讨支架孔结构对成骨细胞附着的影响.结果表明:纯水浆料的多孔陶瓷支架形貌为片层状;加入叔丁醇后,片层间距减少;浆料中叔丁醇含量为90wt;时,孔道呈片层孔及圆形孔的双孔状;纯叔丁醇浆料的陶瓷支架形貌为圆形孔.双孔形貌支架的开孔孔隙率及总孔隙率最高,分别为78.5;和81.8;.孔径随冷冻温度的降低而减小.体外模拟实验表明:片层孔及圆形孔的双孔支架材料有利于细胞在其表面生长,材料表面细胞结构清晰,铺展形态良好.多孔支架材料对细胞的吸附率随孔径的增大而增大.冷冻温度为-10℃时,支架的压缩强度为90.6 MPa,符合骨组织工程中支架材料的强度值要求.     

烧结助剂对硼酸镁晶须晶体结构与抗压强度的影响

本研究以硼酸和碱式碳酸镁为原料,采用原位合成法制备了硼酸镁晶须,通过热分析(TG)、X射线衍射(XRD)和扫描电子显微镜(SEM)对样品进行表征,考察不同烧结助剂对硼酸镁晶须晶体结构、表面形貌、孔隙率及抗压强度的影响.实验结果表明,当未添加烧结助剂时,孔隙率为62.57;,抗压强度为10.32 MPa,晶须直径为0.2～0.6 μm,长度为3～5 μm.添加烧结助剂会降低硼酸镁晶须的孔隙率并提高其抗压强度.当烧结助剂为MgF2时,孔隙率为51.77;,抗压强度为14.51 MPa;当烧结助剂为Na4P2O7时,孔隙率为43.79;,抗压强度为21.09 MPa.     

有机模板诱导/均相沉淀法对羟基磷灰石(HAP)晶体形貌的控制生长

通过添加不同有机模板剂,采用均相沉淀法,制备了粒状、柱状、晶须状、片状、多孔状羟基磷灰石(HAP).利用TEM及SEM对其晶体形貌进行了表征,结果表明:不同有机模板剂的氢键作用能力对HAP六方柱面m{1010}、平行双面c{0001}、六方锥面o{1011}表面能的影响决定了这些晶面的相对发育程度,从而实现了HAP晶体形貌的控制生长.     

磁性羟基磷灰石晶须的制备及其在磁场下的磁响应行为研究

羟基磷灰石晶须(HAw)的定向是设计和开发生物陶瓷的关键之一。本研究采用水热法将磁性纳米粒子四氧化三铁(Fe₃O₄)负载到HAw表面,成功制备出具有优良磁响应特性的磁性HAw复合材料,系统研究了磁化HAw的理化性能、生物学性能并探究了其在弱磁场中的取向行为。结果表明四氧化三铁(Fe₃O₄)纳米粒子被成功负载到HAw表面,所制备的磁化HAw在室温下具备超顺磁性,且具有良好的磁响应特性,仅通过常规的永磁体就可以实现操控。结合磁场诱导注浆成型技术,由外部磁场施加的对准方向被有效固定。CCK-8实验结果表明磁化HAw不具有细胞毒性。     

冷冻干燥法结合淀粉固化制备莫来石多孔陶瓷

以高岭土、氢氧化铝为原料,淀粉为造孔剂和粘结剂,Y2O3为烧结助剂,采用冷冻干燥法结合淀粉固化工艺制备了具有连通开孔结构的莫来石多孔陶瓷.研究了淀粉添加量对浆料前驱体的流变性能、多孔陶瓷的气孔率、孔径分布、显微结构以及力学性能的影响.结果表明:当淀粉含量由15.84vol;增至20.59vol;,浆料前驱体的粘度增加明显;随着剪切速率的增加,浆料前驱体的粘度先显著降低然后趋于稳定,表现为剪切稀化行为.随着淀粉含量的增加,所得多孔陶瓷的孔径尺寸减小,孔径分布趋于均匀,从双峰分布向单峰变化,孔隙率缓慢增加,维持在61.5;～66.2;范围内,当淀粉含量增加到15.84vol;时,抗压强度达到最高值9.5 MPa,孔隙率也达到65.7;.但当淀粉含量进一步增加后,抗压强度有下降的趋势.     

硅树脂转化制备硅氧碳多孔陶瓷

采用硅树脂RSN-6018为陶瓷先驱体,并引入一定比例的预固化硅树脂,在N2气氛下于1200 ℃裂解转化制备组分单一、孔结构可控以及陶瓷产率高的硅氧碳(Si-O-C)多孔陶瓷,研究了预固化硅树脂含量对Si-O-C多孔陶瓷微观形貌和性能的影响.结果表明:预固化硅树脂的加入可有效调节Si-O-C多孔陶瓷的孔形貌、孔径以及气孔率,当预固化硅树脂含量低于90wt;时,随着预固化硅树脂含量的增加,孔结构从贯通圆孔变为颗粒"搭接"贯通孔,再变为颗粒堆积孔,且气孔率增大;而体积收缩减小,陶瓷产率提高;耐压强度在27.9~17.5 MPa之间.     

HNTs/SiO2复合气凝胶制备及其性能研究

采用正硅酸乙酯(TEOS)为硅原,以硅烷改性的埃洛石纳米管(HNTs)为增强相,利用CO2超临界干燥技术制备具有优良力学和隔热性能的HNTs/SiO2复合气凝胶.利用傅立叶红外光谱、扫描电镜、比表面积与孔径分析仪、万能试验机和导热率测量仪等手段对HNTs改性后的表面状态、HNTs/SiO2复合气凝胶的微观形貌、孔结构、力学和导热性能进行了测试分析.结果表明:改性后的HNTs均匀分散到二氧化硅气凝胶基体中,并与SiO2纳米颗粒实现良好的结合,HNTs/SiO2复合气凝胶呈三维网络结构,当HNTs含量为15wt;时,平均孔径为10.47 nm;随着HNTs含量的增加,复合气凝胶的力学性能不断增强,同时其导热系数也不断增大,当HNTs含量为15wt;时,HNTs/SiO2复合气凝胶的抗压强度为0.85 MPa,导热系数为0.024 W/mK.     

烧结工艺对碳纳米管/羟基磷灰石复合材料力学性能与微观结构的影响

本文主要研究了不同烧结工艺对碳纳米管/羟基磷灰石复合材料力学性能与微观结构的影响.力学性能测试结果显示,在真空气氛下烧结的复合材料力学性能在总体上要高于Ar或N2气氛保护下烧结所得复合材料,断裂韧性的提高幅度最大,其最高值达到了2.2 MPa·m1/2,远高于纯羟基磷灰石.XRD及IR研究发现,所制备复合材料纯度高,无其它杂质.SEM观察发现,1100℃,真空下所得复合材料的致密性高,晶粒细,但碳纳米管管径增大;而Ar或N2气氛保护下所得复合材料中碳纳米管容易以原始形态保存,但孔隙率高,晶粒粗.     

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.     

Bioactive borate glass scaffold for bone tissue engineering

Borate glass particles and microspheres with size distributions in the range of approximately 100–400 μm, were loosely compacted and sintered for 10 min at 600 °C to form a porous, three-dimensional construct (porosity 25–40%). Conversion of the borate glass to hydroxyapatite was investigated by soaking the constructs in a solution of K₂HPO₄ (0.25 M) at 37 °C and with a pH value of 9.0, and measuring the weight loss of the constructs as a function of time. Almost full conversion of the borate glass to hydroxyapatite was achieved in less than 6 days. X-ray diffraction revealed an initially amorphous product that subsequently crystallized to hydroxyapatite. The biocompatibility of the porous constructs was investigated by in vitro cell culture with human mesenchymal stem cells derived from bone marrow (bMSC) and human mesenchymal stem cell derived osteoblasts (MSC-Ob). The cells adhered to the scaffolds and the MSC-Obs produced alkaline phosphatase which is an indication of osteogenic differentiation. The data suggest strong bioactive characteristics for the borate glass constructs and the potential use of the constructs as scaffolds for tissue engineering of bone.     

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.     

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.     

多孔TiC陶瓷的制备、性能及机理研究

以TiO2和炭黑为反应物,TiC为添加物,通过反应烧结法制备出多孔TiC陶瓷.研究了TiC的添加量对晶粒大小、孔径尺寸、开气孔率及抗弯强度的影响.研究结果表明:随着TiC的添加量从0;增大到100;,反应生成TiC的粒径从0.17μm增大到0.71μm,孔径尺寸从0.15μm增大到1.51μm,开气孔率从78;持续降到38;,抗弯强度先增加后减小,添加量为80;时最高(86 MPa).TiC生长机理主要是由于添加的TiC使TiO2周围的碳含量减少,从而导致反应生成TiC的熔点降低,扩散能力提高,晶粒粒径增大.