复合磷酸盐多孔生物陶瓷的制备及体外细胞相容性

以Al₂O₃-MgO-P₂O₅磷酸盐为粘结剂, 采用有机泡沫浸渍工艺制备了多孔陶瓷, 采用扫描电镜(SEM)、X射线衍射(XRD)、排水法和压缩实验等表征了多孔陶瓷的孔隙形貌、相组成、孔隙率和力学性能, 并通过体外细胞实验研究了其细胞相容性. 结果表明, Al₂O₃-MgO-P₂O₅磷酸盐的加入不仅可以使浆料能够均匀地涂覆在泡沫体上, 也促进了陶瓷的烧结. 得到的多孔陶瓷具有相互连通、分布均匀的孔隙结构(大孔孔径在100~500μm, 还有约为3μm微孔), 平均孔隙率为85.9%±1.6%, 平均压缩强度为(1.04±0.15)MPa; 多孔陶瓷虽然是一种由HA、β-Ca₂P₂O₇和少量含Mg、Al的物相组成的复合磷酸盐陶瓷, 但在体外实验中没有表现出明显的细胞毒性, 并能促进细胞快速增殖与分化, 表明该多孔陶瓷具有良好的细胞亲和性和相容性.     

具有良好贯通性的颗粒造孔支架的制备及表征

支架孔隙贯通性的研究一直是多孔生物陶瓷的研究重点之一.采用石蜡球作为造孔剂, 在常规的颗粒造孔法制备多孔陶瓷支架的基础上,通过二甲苯处理以便在石蜡球间形成桥联结构, 以扩大颗粒间的接触面积,从而提高多孔陶瓷支架的孔隙贯通性. 借助扫描电镜(SEM)观察陶瓷支架的多孔结构,评价二甲苯处理石蜡球对陶瓷支架孔隙贯通性的改善效果; 采用密度法测定了陶瓷支架的孔隙率并计算其收缩率,并用成骨细胞评价陶瓷支架的细胞相容性. 结果表明,通过二甲苯的处理, 不仅改善了陶瓷支架孔隙的贯通性,而且提高了其孔隙率, 但孔隙率对陶瓷支架的收缩率无明显影响.细胞培养实验显示成骨细胞可进入多孔陶瓷支架内部, 并在材料表面正常生长,贯通性好的多孔陶瓷支架可为成骨细胞生长提供更充分的空间.     

复合明胶涂层对钙磷陶瓷多孔支架的增强作用

采用有机泡沫浸渍工艺制备了高孔隙率的钙磷多孔陶瓷支架, 将多孔陶瓷样品浸于明胶溶液中渗涂得到陶瓷/明胶复合支架; 采用复合明胶涂层的方法对钙磷多孔陶瓷支架进行增强处理, 在不破坏多孔支架孔隙特征的情况下, 成功地在样品的孔壁上复合了明胶涂层。复合明胶涂层提高了样品的压缩强度和压缩模量, 与未涂覆样品相比, 涂敷样品受压时的应变特性发生了明显变化。尤其是渗涂5%明胶溶液的多孔样品, 在保持高孔隙率(82.8%)的条件下其压缩强度和压缩模量分别由原来的1.04MPa 和 0.105GPa增加到5.17MPa和0.325GPa。研究结果表明, 孔壁上复合明胶涂层可以有效地增强多孔陶瓷支架。      

羟基丁酸与羟基辛酸共聚体骨组织工程支架的初步研究

采用粒子滤出/冷冻干燥复合法制备羟基丁酸与羟基辛酸共聚体[P(HB-HO)]多孔支架,并进行扫描电镜观察、孔隙率和力学性能检测以及体外降解和细胞相容性实验.结果表明,P(HB-HO)多孔支架孔隙分布均匀,连通性好,孔隙率为50%～90%时,抗压强度在1.7～6.2MPa之间,十二周体外降解率约为20%;与P(HB-H0)复合培养的小鼠成骨样细胞MC3T3-E1黏附率高,生长状态良好.证明P(HB-HO)具有良好的理化性能和细胞相容性,有望成为一种具有临床应用价值的骨组织工程支架材料.     

含Zn生物玻璃、玻璃陶瓷与聚酯复合骨组织工程支架的制备及性能

采用溶胶凝胶法在58S生物玻璃的基础上用氧化锌取代3? mol％的氧化钙制备了含锌的生物玻璃粉体 (58S3Z),对合成的粉体采用有机泡沫浸渍法在700℃及1200℃制备出58S3Z-700℃、58S3Z-1200℃玻璃及玻璃陶瓷多孔支架。在所得支架表面涂覆PLGA及PBS薄膜制备出58S3Z-1200℃-PLGA及58S3Z-1200℃-PBS复合支架。对其形貌、 孔隙率、 力学性能、 体外降解性及细胞相容性进行了系统研究。复合后多孔支架仍然保持三维连通的多孔结构,孔隙率与复合前(86.9%±0.8% (58S3Z-700℃),80.1%±0.6% (58S3Z-1200℃)）相比稍有下降,分别为75.9%±0.6% (58S3Z-1200℃-PLGA)和77.9%±0.9% (58S3Z-1200℃-PBS)。但复合多孔支架显示出较高的抗压强度,分别达到1509.4 kPa±162.8 kPa (PLGA) 和901.6 kPa±94.5 kPa (PBS),与玻璃和玻璃陶瓷支架 (258.4 kPa±23.6 kPa) 相比具有较大的提高。体外降解实验表明58S3Z-1200℃-PLGA、58S3Z-1200℃-PBS复合多孔支架可降解, 经过28天的浸泡其失重率分别达到13.3％和2.1％。体外研究结果表明:58S3Z玻璃陶瓷支架复合PBS或PLGA后支持成骨细胞黏附、铺展和生长。这种新型的复合支架具有三维的网状多孔结构,良好的力学性能、降解性和细胞相容性,有望成为一种较理想的骨组织工程支架。      

碳纤维/聚乳酸/壳聚糖三元多孔复合支架材料的制备及评价

利用溶液共混法以及冷冻干燥法制备了多孔碳纤维/聚乳酸/壳聚糖(CF/PLA/CS)三元复合生物材料,通过扫描电子显微镜(SEM)观察了其表面形貌特征,并对其细胞相容性进行了评价.实验结果表明,利用上述复合方法制备的三维多孔材料的孔径为20～500μm,孔分布均匀,孔与孔之间相互连通;碳纤维的分散、冷冻干燥温度对材料结构影响较大,随冷冻温度的降低,支架的孔隙变小、变规则,内部结构趋向均一,孔隙率有所降低;该材料与细胞具有较好的相容性,符合组织支架材料的基本要求.     

YSZ多孔陶瓷的孔隙结构特征及压缩强度研究

以3%(摩尔分数)Y₂O₃稳定的ZrO₂为原料、异丁烯与马来酸酐共聚物(Isobam-104)为分散剂和凝胶剂、十二烷基三甲基氯化铵(DTAC)为发泡剂,采用球磨发泡法制备出氧化钇稳定的氧化锆(YSZ)多孔陶瓷。研究浆料固含量对YSZ多孔陶瓷制品孔隙结构和压缩强度的影响规律,以及压缩失效机制变化特点。结果表明：在相近发泡率的条件下,固含量在30.5%～33.5%(体积分数)范围内小幅度增加时,所制备的YSZ多孔陶瓷的总孔隙率和平均孔胞尺寸逐渐减小,压缩强度增加;所制备的样品的总孔隙率为79.9%～88.4%,压缩强度为4.7～17.2 MPa,材料的压缩强度与总孔隙率之间的关系同Rice模型相符合;在压缩载荷作用下YSZ多孔陶瓷呈现伪塑性变形,失效破坏的主要形式为剪切破坏。     

储能用多孔铝硅酸盐陶瓷基热物性的研究

采用实验和分子动力学模拟相结合的方式对多孔铝硅酸盐陶瓷性质进行研究,使用Materials Studio软件建立了SiO_2:Al_2O_3化学分子比例分别为3∶1、2∶1、3∶2、1∶1、2∶3、1∶2、1∶3多孔铝硅酸盐模型。用软件中的Forcite、VAMP等模块对模型进行运算后得到该模型的导热率、密度、定压比热容、孔隙率和比表面积等数据。结果表明随着Al_2O_3所占比例增大,密度、定压比热容、导热率、比表面积和孔隙率都在增加,其中导热率整体变化呈分段线性增加趋势,而定压比热容和孔隙率增加缓慢。同时在实验中把刚玉粉(Al_2O_3)、硅藻土(SiO_2)及可溶性淀粉机械混合后制作成陶瓷胚体,经烧制得到多孔铝硅酸盐陶瓷后利用SEM观察多孔陶瓷内部孔隙,发现实验观察到的多孔陶瓷内部结构变化引起的热物性变化与分子动力学模拟的结果相互验证。     

表面多孔NiTi-羟基磷灰石/NiTi生物复合材料的制备与性能

利用放电等离子烧结技术制备了表面多孔NiTi-羟基磷灰石(HA)/NiTi生物复合材料,研究了烧结温度对复合材料宏观形貌、微观结构、表面孔隙特征、力学性能及体外生物活性的影响。结果表明:随着烧结温度从800℃提高到950℃,NiTi-HA/NiTi复合材料由复杂的Ti、Ni、Ti_2Ni、Ni_3Ti、HA混合相逐渐转变为单一的NiTi+HA相,内外层界面形成稳定的冶金结合且表面孔隙率与平均孔径呈缓慢减小趋势;同时抗压强度显著提高而弹性模量变化不明显。与传统NiTi、多孔NiTi及多孔NiTi-HA材料相比,950℃温度下制备的NiTi-HA/NiTi复合材料不仅具有良好的界面结合和表面孔隙特征(孔隙率45.6%、平均孔径393μm)、较高的抗压强度(1 301MPa)、较低的弹性模量(10.2GPa)以及优异的超弹性行为(超弹性恢复应变4%)的最佳匹配,而且还具有良好的体外生物活性。     

胶原/HA复合涂层多孔钛的细胞响应行为

为提高医用多孔钛的表面活性及生物相容性,以纤维烧结多孔钛为载体,采用碱热处理+模拟体液等化学方法进行羟基磷灰石(HA)沉积,随后进行水溶性胶原涂覆,制备具有三维贯通孔结构的胶原/HA复合涂层多孔钛。研究了胶原/HA复合涂层的表面形貌及化学成分,探讨复合涂层的形成机理;进行体外细胞毒性实验并分析了多孔钛表面细胞响应行为。结果表明,胶原/HA复合涂层在钛纤维表面均匀附着,胶原的填充连接可修复HA涂层表面的微裂纹,有利于小鼠前成骨细胞的黏附、增殖及分化,促进细胞的孔内跨纤维生长。胶原/HA复合涂层可以得到更好的细胞响应,对于促进早期骨与植入体的固定有很大的潜力。     

壳聚糖修饰纳米羟基磷灰石/聚酰胺复合多孔支架的制备及性能研究

利用相转移法制备了纳米羟基磷灰石/聚酰胺66(n-HA/PA66)复合多孔支架.用不同浓度(1%、3%、5%)的壳聚糖(CS)溶液对多孔支架进行了表面修饰.用扫描电镜(SEM)和材料力学试验机对多孔支架修饰前后的形貌和力学性能进行了表征.研究了经CS修饰的n-HA/PA66复合多孔支架在磷酸盐缓冲溶液(PBS)中的浸泡行为,并初步研究了其与MG63细胞的细胞相客性.结果显示,多孔支架具有较为理想的孔隙结构和贯通性,经CS修饰后,其力学强度有显著提高.体外浸泡结果显示,随着漫泡时间的增加,支架表面微结构变得粗糙和多孔化.细胞实验表明该支架有利于细胞在表面的粘附、铺展、生长和增殖.     

凝胶注模成型法制备多孔羟基磷灰石陶瓷

采用凝胶注模成型工艺制备了多孔羟基磷灰石陶瓷,并通过X射线分析了多孔陶瓷的相成分,采用扫描电镜观测了孔隙结构和形貌.结果表明,所制备的多孔羟基磷灰石陶瓷的孔隙率均大于80%;孔隙尺寸主要分布在350～600μm,孔壁上存在孔径为60～190μm的贯通孔;X射线衍射证明烧结过程未引入异质成分.所制备的多孔羟基磷灰石陶瓷具有适宜的孔隙直径和孔隙率,且孔隙间具有良好的贯通性.     

泡沫复制法制备多孔钛及表面水热碱处理改性

采用聚氨酯泡沫复制法成功的制备出孔径可控、孔隙率高且三维贯通的多孔钛.采用水热碱处理法对多孔钛进行表面改性,以提高其生物活性.改性后多孔钛的表面形貌发生了改变,呈均匀分布的三维网状微纳米结构.将改性后的多孔钛浸泡在SCPS中检测其矿化能力.研究结果表明,改性后的多孔钛能加速磷灰石的矿化,其中三维网状微纳米结构是加速矿化的主要因素.同时考察了改性后的多孔钛表面大鼠颅盖骨成骨细胞(MC3T3-E1)的黏附铺展情况.细胞培养表明细胞在改性后的多孔钛表面能较好的黏附铺展.上述研究结果表明水热碱处理改性后的多孔钛具有较好的生物活性及生物相容性.     

建筑回收物制备多孔陶瓷材料及其性能表征

以建筑垃圾为主要原料,Al_2O_3为铝源,AlF_3为晶须催化剂,MoO_3为烧结助剂,成功制备了钙长石-莫来石-刚玉多孔陶瓷。采用XRD和SEM分析了多孔陶瓷材料的物相组成及形貌,研究了在烧结温度1 350℃条件下,不同保温时间对多孔陶瓷材料开口孔隙率、孔径分布的影响,以及钙长石-莫来石-刚玉多孔陶瓷的双轴弯曲强度和油水分离性能。结果表明,当AlF_3含量为12%(质量分数)、MoO_3含量为4%(质量分数)时,在烧结温度1 350℃下,保温2 h,制备的钙长石-莫来石-刚玉多孔陶瓷性能最优。孔隙率分析可知,保温时间为2 h时,有利于原料中氧化铝相和玻璃相莫来石化,增加莫来石相的含量;此时多孔陶瓷材料具有46%的开口孔隙率,且样品中莫来石晶须的大量生长造成晶须之间的尺寸较为一致,使得样品的开孔孔隙孔径大小比较集中,比较适合进行油水分离。力学性能分析表明,保温时间为2 h时,样品的双轴弯曲强度为68 MPa,机械性能良好。油水分离性能研究表明,在不同的膜压差下,样品的油乳拦截率均能达到97%～99%,多孔陶瓷膜具有较好的油乳分离性能。     

表面多孔Ti-羟基磷灰石/Ti-Ag生物梯度复合材料的制备与性能

采用放电等离子烧结技术制备表面多孔Ti-羟基磷灰石（HA）/Ti-Ag生物梯度复合材料,研究了不同HA含量对复合材料微观结构、界面结合、表面孔隙特征、力学性能及体外生物活性的影响及机制。结果表明,表面多孔Ti-HA/Ti-Ag复合材料中间基体合金主要由α-Ti和Ti₂Ag相组成,表面多孔层主要由α-Ti和HA相组成,同时还存在少量CaO、CaTiO₃、Ti₅P₃等反应相;表面多孔Ti-HA/Ti-Ag复合材料中间基体与表面多孔层形成稳定的冶金结合,但随着HA含量增加,反应相增多,界面结合变差,表面孔隙率和平均孔径呈增大趋势,导致平均抗压强度减小且弹性模量降低,因此过高的HA含量会导致材料力学性能下降;体外生物活性实验表明,表面多孔Ti-HA/Ti-Ag复合材料在人工模拟体液中浸泡7天后表面生成大量类骨磷灰石层,并且随着HA含量的增大,磷灰石形成能力明显增强。      

多孔PZT95/5铁电陶瓷的机械性能和铁电性能研究

采用添加造孔剂的方法制备多孔锆钛酸铅(PZT95/5)铁电陶瓷, 研究了孔结构包括孔隙率、孔径及孔形状对多孔PZT95/5陶瓷机械性能和电性能的影响及机理, 并揭示多孔PZT95/5陶瓷微观结构、机械性能和铁电性能的内在联系。研究表明: 孔隙率的增加降低了多孔PZT95/5陶瓷的声阻抗, 改善了陶瓷与封装材料的声阻抗匹配. 孔隙率增加, 多孔PZT95/5陶瓷的屈服应力和剩余极化强度降低, 矫顽场强增大。孔结构对多孔PZT95/5陶瓷屈服应力的影响可由应力集中理论解释; 多孔PZT95/5陶瓷剩余极化强度随孔结构的变化可用内应力结合空间电荷理论加以解释。     

烧结温度对包混/复合添加工艺制备多孔SiC陶瓷性能的影响

采用包混工艺合成了核壳结构的先驱体粉体,并引入一定量Al2O3、SiO2和Y2O3复合添加剂,通过成型、炭化和烧结工艺制备了多孔碳化硅陶瓷;分析了样品的物相、表面形貌、孔隙率、热导率、热膨胀系数、抗弯强度和抗热震性能。结果表明,在较低的烧结温度下制得了多孔碳化硅陶瓷,在1650℃烧结的多孔碳化硅陶瓷综合性能较好。     

多孔ZrO2-HA涂层复合材料的制备工艺

采用凝胶成型法制备多孔氧化锆(ZrO2)支架,通过改变循环次数实现了对孔隙率的可控,使其保持在91%～45%之间,并且每循环一次,孔隙率稳定下降4～5%.在多孔ZrO2的表面涂覆羟基磷灰石(HA)涂层.为了防止HA和ZrO2之间的化学反应,中间涂覆了氟磷灰石(FA)层.XRD表明加了FA层作为中间层以后,没有发现反应发生.体视显微照片表明在HA/FA和FA/ZrO2两个界面上没有出现分层和裂纹.层与层之间结合紧密.     

用于多孔陶瓷制备的有机模板处理工艺

以硅溶胶为表面改性剂,从提高与水基浆料的相容性、增加表面粗糙度入手,对有机模板进行了表面处理.对处理前后有机模板的表面形貌、力学性能及对涂覆量的影响进行了研究.结果表明,表面处理以后,有机模板更容易被水基浆料均匀涂覆,且回弹力得到显著增强,涂覆量也得到显著提高.这将有利于多孔陶瓷内部缺陷的减少和强度的提高.     

块体多孔金属镍的逐层扫描喷射电沉积制备

介绍了基于喷射电沉积的逐层扫描法制备块状多孔金属镍的原理,利用该工艺在自行研制的试验装置上制备块状多孔金属镍.利用电子扫描显微镜(SEM)对多孔金属镍块状试样的表面形貌、微观组织结构及孔隙率进行检测,对表面显微硬度和压缩性能进行测试.结果表明:多孔金属镍样品的多孔层由向上生长的枝状晶围成三维连通孔隙,通孔分布均匀致密.经SEM分析铸层表面,可见枝状晶分支由菜花状的晶胞叠加生长形成.使用加工电流密度为900A/dm2时,制备的块状样品孔隙率为61.5%.表面的显微硬度HV为330.5.压缩性能的检测结果表明,多孔金属的抗压屈服极限为11.85MPa.应力曲线存在一个很宽的塑性平台,具有典型的塑性多孔材料特征.