3D凝胶打印制备用于松质骨工程的TCP多孔支架（英文）

通过3D凝胶打印(3DGP)技术制备了高强度和高孔隙率的磷酸三钙(TCP)多孔支架,通过扫描电子显微镜(SEM)观察支架的微观形态,并通过初步的动物实验评估了多孔支架的生物相容性。研究结果表明,适合打印的浆料固含量为34%(体积分数),打印支架在长度、宽度和高度方向上的收缩率分别为11.44%±0.20%,9.41%±0.23%和10.57%±0.20%。当支架在1150℃下烧结2 h后,支架的抗压强度为22.6±0.12 MPa,孔隙率约为62.1%。初步的动物植入实验显示多孔TCP支架在兔股骨髁缺损处未引起明显的排斥反应,并在骨与支架的连接处未见炎症反应或慢性炎症反应。通过3DGP技术制备的多孔TCP支架具有良好的生物相容性和力学性能,有望满足松质骨的植入要求,为下一步的实验研究打下基础。     

高性能多孔β-TCP陶瓷/明胶复合材料制备研究

采用Ca(OH)2/H3PO4中和反应,超声分散条件下制备β-TCP粉末原料;通过致孔剂方法制备多孔β-TCP支架,并在β-TCP成型过程中加入K2HPO4提高支架强度将制备的多孔支架与明胶复合,冷冻干燥后与戊二醛交联,得到多孔β-TCP/明胶复合支架.实验表明,加入K2HPO4后提高了支架强度,当多孔β-TCP支架孔隙率为49.47%时抗压强度为7.60 MPa.多孔β-TCP支架的孔隙率高、强度高、孔隙大小可控、孔隙连通性好;进一步与明胶复合后,制各的多孔β-TCP/明胶复合材料,符合组织工程结构特征的要求.     

钛镍多孔材料的制备及其显微组织与形状记忆性能

采用粉末烧结法制备了高孔隙率的Ti-50.8 at%Ni形状记忆合金(SMA),并对其显微组织和形状记忆性能进行了研究。结果表明,用该种方法制备的多孔合金样品具有孔隙分布均匀以及开孔率高的特点,其平均孔径在200μm左右。合金组织主要由奥氏体NiTi相(B2)和单斜马氏体NiTi相(B19’)组成。循环加载-卸载实验结果表明,该多孔材料能表现出一定的形状记忆效应,而且形状记忆效应随孔隙率的增加而降低。     

SPS烧结温度对NiTi/表面多孔Ti梯度合金组织和性能的影响

利用放电等离子烧结技术制备NiTi/表面多孔Ti梯度合金,研究不同烧结温度对梯度合金微观组织、表面孔隙特征、力学性能及体外生物活性的影响及机理。结果表明:随着烧结温度的升高,梯度合金组织由NiTi、α-Ti、Ni、Ti_2Ni、Ni_3Ti混合相逐渐转变为单一NiTi和α-Ti相,内外层界面形成良好冶金结合,表面孔隙率和平均孔径呈缓慢减小趋势;同时抗压强度值快速增大而弹性模量值变化不大;1000℃制备的梯度合金不仅具有良好的表面孔隙特征(孔隙率35.8%、平均孔径423μm)、较高的抗压强度(632 MPa)、较低的弹性模量(9 GPa)及优异的超弹性行为(超弹性恢复应变4%),而且体外生物活性显著提高。     

CFRP复合材料孔隙几何形貌定量分析与研究

利用超声衰减法检测复合材料孔隙率得到了广泛应用,但该方法的理论分析与实测结果只适用于特定频率或特定孔隙率范围。原因之一是理论模型中引入的孔隙几何形貌假设与实际情况不符。采用热压成型法制备了孔隙率为0.03%～4.96%的碳纤维增强树脂（CFRP）试样。采用金相组织观察和定量统计分析方法,研究CFRP复合材料的孔隙长度L、等效宽度W和形状因子Rs等定量表征孔隙几何形貌参数的变化规律。结果表明：孔隙长度L和等效宽度W分别在10～350μm和10～100μm范围内;随孔隙率的增加,L和W增大,且L比W增大的幅度大;孔隙率由0.03%增加到4.96%,圆形和椭圆形孔隙的比例减少,不规则形孔隙的比例增加。该研究结果为建立准确的孔隙率超声衰减法检测模型提供了重要的试验依据。     

SLM制备径向梯度多孔钛/钽的力学性能及生物相容性

利用增材制造技术制作仿天然骨的径向梯度多孔钛/钽骨科植入物具有广阔的前景。基于三周期极小曲面(triply minimal surfaces, TPMS)建模法建立了平均孔隙率为70%的圆柱型径向梯度孔隙结构,孔隙率由中轴线(90%)向圆周面(30%)逐渐降低。利用激光选区熔化(selected laser melting, SLM)工艺制作径向梯度多孔钛/钽。光学显微镜,扫描电镜,Micro-CT检测结果共同显示,SLM径向梯度多孔钛/钽的孔隙结构与设计特征一致。SLM工艺制作的径向梯度多孔钛/钽的孔隙率分别为73.18%与68.18%。力学测试结果表明,梯度多孔钛/钽的弹性模量分别为(3.96±0.20)与(3.47±0.25) GPa,抗压强度分别为(90.83±3.35)与(93.27±1.24) MPa。梯度多孔钛/钽的弹性模量与抗压强度分别显著高于均匀多孔钛/钽(孔隙率为70.11%的均匀多孔钛弹性模量为(2.34±0.48)GPa,抗压强度为(67.63±1.33)MPa,孔隙率为65.39%的均匀多孔钽弹性模量为(1.69±0.50) GPa,抗压强度为(68.56±0.41) MPa)。体外细胞相容性实验证明,径向梯度多孔钛/钽均具有良好的生物相容性,适合间充质干细胞与肌肉细胞的粘附生长。SLM工艺制作的径向梯度多孔钛/钽比均匀多孔钛/钽具有与天然骨组织更相近的结构与性能,是理想的骨缺损修复替代物。     

添加NH4HCO3对多孔Ti-10%Mg复合材料的孔隙特征和压缩性能的影响（英文）

添加碳酸氢铵粉末,采用冶金法制备多孔钛-镁复合材料,并对多孔复合材料的性能进行综合考察。采用X射线衍射(XRD)和扫描电子显微镜(SEM)对孔隙特性和压缩性能进行表征。结果表明,通过调节碳酸氢铵的加入量可以控制该多孔材料的孔隙率;碳酸氢铵对多孔Ti-10%Mg的微观结构和相组成没有影响;多孔材料的开孔率和抗压强度随着碳酸氢铵的添加量和粒径的变化而变化。当碳酸氢铵添加量为25%(质量分数)时,得到孔隙率约50%的多孔材料的抗压强度与抗压模量与人骨的相似。     

先驱体裂解HA/CaSiO3多孔材料及性能

采用先驱体裂解法以聚碳硅烷(PCS)和碳酸钙(CaCO3)作为硅灰石(CaSiO3)的前驱体于1200℃常压烧结制备了羟基磷灰石/硅灰石多孔支架材料.采用 XRD 对材料进行物相分析;SEM进行材料内部组织结构的观察;万能试验机测其压缩强度;阿基米得法测其气孔率;模拟体液试验评估其生物活性.结果表明:制备的材料主晶相为羟基磷灰石和硅灰石,气孔率介于70%～80%之间,当硅灰石质量分数为30%时,支架的压缩强度达到3,48 MPa,气孔率为78.2%,且材料具有良好的生物活性.研究表明了先驱体裂解法制备HA/CaSiO3细胞支架的可行性.     

Zr基非晶合金多孔材料的制备与性能

采用液态金属渗流法制备直径为6 mm 的Zr基块体多孔非晶合金,采用扫描电镜(SEM)和X射线衍射仪(XRD)分析多孔材料的结构、形貌、断口特征和相组成,同时对多孔非晶合金的孔隙结构和力学特点进行分析.结果表明:采用CaC2作为孔隙支撑材料,能够制备出孔隙分布均匀、孔隙直径为0.2～0.8 mm的多孔非晶合金,其密度和孔隙率分别为3.57 g/cm3和47%.压缩力学性能实验表明:该多孔非晶合金的应力-应变曲线具有锯齿状变化规律,应力逐渐降低,其最大强度和应变分别为383 MPa和18.6%,应变量远大于单相非晶合金的应变量.     

生物医用多孔Nb-Ti合金的孔隙率和力学性能

结合模板浸渍和粉末冶金烧结法,制备出具有良好孔隙性能和力学性能的多孔Nb-Ti合金。采用X射线衍射分析仪(XRD)、力学试验机、体视显微镜(SM)以及扫描电子显微镜(SEM),研究Ti含量(0~15%,质量分数)对多孔Nb-Ti合金成分、力学性能、孔隙结构及微观形貌的影响。结果表明:Nb-Ti合金烧结过程完全,孔隙三维连通程度高,孔隙率为68.50%。随Ti含量从0增加到15%,合金的力学性能发生明显变化,其中抗压强度从(27.6±0.872)MPa增加到(59.3±1.354)MPa后降为(33.7±1.045)MPa,弹性模量从(0.21±0.0136)GPa增加到(0.46±0.0191)GPa。合金孔隙结构均匀化和三维连通程度增加,孔隙结构从块状转变为蜂窝状,颗粒间烧结颈长大,结合变紧密,Ti颗粒对Nb-Ti合金烧结的促进作用明显增强。多孔Nb-10Ti合金的孔隙形貌与松质骨类似,力学性能与人体松质骨相匹配,适合于医学植入应用。     

Ti-5Ta-30Nb-7Zr合金医用多孔材料的电子束选区熔化成形及表征

采用电子束选区熔化成形技术制备了具有不同孔结构的Ti-5Ta-30Nb-7Zr合金医用多孔材料。对该多孔材料的显微组织、力学性能进行了表征,观察了样品表面对细胞生长形态的影响。实验结果表明：电子束选区熔化成形技术能够灵活地控制孔的结构和尺寸,使多孔材料力学性能与人骨力学性能更好地匹配;成形的Ti-5Ta-30Nb-7Zr合金多孔材料主要由β相和均匀分布的颗粒状α相组成,其压缩应力-应变曲线存在一个较长的应力平台,对外来冲击可起缓冲作用,更适于用做人体承载部件;粗糙的孔壁结构为细胞生长提供了良好的生长条件,细胞生长状态良好。     

硬组织修复纳米复合支架

通过复合→成型→致孔一体技术制备n-HA/PA66硬组织修复支架,采用SEM、XRD、IR和燃烧实验等测试手段对产物进行表征.结果表明:1)n-HA粒子以纳米尺度均匀分布在复合支架材料中;2)复合材料的两相界面为氢键键合和配位键合;3)支架的孔隙相互贯通,不仅有平均孔径约450μm的大孔,大孔壁上还富含0.5～50μm的微孔.动物实验证实,该纳米复合支架具有高的生物活性和好的组织相容性,能与硬组织形成骨性结合,其孔隙范围有利于骨组织、血管和骨细胞的长入,可作为硬组织修复的良好载体.     

快速压铸法制备(Zr_(0.55)Al_(0.10)Ni_(0.05)Cu_(0.30))_98Er_2多孔非晶合金

采用快速压铸法制备了多孔非晶合金。利用NaCl颗粒作为预制型,将熔融的合金倒入卧式压铸机的容杯中进行快速压铸,然后去除盐型,得到直径达40mm、长度大于10mm、孔隙率大于50%、孔隙直径可控制在0.3～3mm之间的(Zr0.55Al0.10Ni0.05Cu0.30)98Er2多孔非晶合金。XRD分析表明所制备的多孔试样组织为非晶结构。采用SEM观察到孔隙之间具有良好的连通性,孔壁厚度小于1mm。热分析结果表明该泡沫的玻璃转变温度、晶化温度和晶化放热量分别为388℃、476℃和-37J/g,与实体非晶合金一致。     

磷酸钙骨组织工程支架表面微纳米化改性研究

目的研究多孔磷酸钙骨组织工程支架的表面微纳米化改性。方法通过双氧水发泡法制备多孔磷酸钙骨组织工程支架,利用水热法对材料进行微纳米化表面改性。通过扫描电镜观察材料的显微结构,通过X射线衍射仪分析测试材料改性层相成分。结果材料改性处理后,孔隙率为(63±8)%,大孔孔径为(310±30)μm。材料表面及内孔壁生成羟基磷灰石微纳米晶粒或晶须,晶须长20~40μm,直径为100~300 nm。结论多孔磷酸钙陶瓷材料的内外表面经水热法处理微纳米化表面改性后,材料性能得到提升。     

利用冷冻干燥原位构筑仿生型纳米羟基磷灰石、壳聚糖多孔支架材料

在目前仿生制备骨缺损修复材料研究的基础上,利用冷冻干燥技术结合原位复合方法在成分仿生的基础上进行结构仿生制备骨缺损修复材料.充分利用壳聚糖的溶解、沉析和羟基磷灰石形成特性,在室温下实现了纳米羟基磷灰石在多孔支架中的纳米分散.研究结果表明,利用冷冻干燥原位构筑的多孔支架材料拥有很好的相互贯穿多孔连通结构,孔径分布为100～136 μm,孔隙率达到96.1%.此外,原位形成的纳米羟基磷灰石(95 nm)对于多孔支架还起到了纳米增强作用,支架表现出良好的力学性能,可以根据不同缺损形状实现随意赋行.体外生物活性测试表明,该支架材料具有很好的生物活性,是一种优越的潜在骨缺损修复支架材料.     

聚氨酯海绵浸渗法制备高孔隙率泡沫铜

采用聚氨酯海绵浸渗法制备了具有高孔隙率(85%～95%)、通孔结构的泡沫铜.根据聚氨酯海绵浸渗法的工艺特点讨论了泡沫铜的烧结制度,分析检测了泡沫铜成分,并对一次浸渗和二次浸渗两种工艺流程制备得到的泡沫铜的孔隙形貌和压缩性能进行了对比.结果表明,通过二次浸渗工艺可以改变泡沫铜孔壁微观组织结构,并在孔隙率下降不大的情况下使泡沫铜的压缩应力平台从0.5 MPa提高到1 MPa,这对改善材料的能量吸收性能具有重要意义.     

纳米针状表面改性的仿生多孔钛植入体及体外成骨性能（英文）

通过冷冻铸造和热氧化法制备一种新型兼具抗菌功能和良好骨整合性能的纳米针状表面改性仿生多孔钛植入体。分析和表征仿生多孔钛植入体的孔隙形貌和尺寸、力学性能和体外成骨性能。结果表明:当控制冷冻铸造工艺中浆料中钛粉体积比为10%时,多孔试样的孔隙度为(58.32±1.08)%、孔径为(126.17±18.64)μm、压缩强度为(58.51±20.38)MPa、弹性模量为(1.70±0.52)GPa。在1200°C烧结1 h,多孔试样的孔隙度为(58.24±1.50)%、孔径为(124.16±13.64)μm、压缩强度为(54.77±27.55)MPa、弹性模量为(1.63±0.30)GPa。通过热氧化方法在多孔钛植入体试样的孔隙表面制备出均匀分布的纳米针状结构。通过对工艺的优化,制备出具有良好孔隙形貌和尺寸,同时具备良好力学性能和体外成骨性能的纳米针状表面改性仿生多孔钛植入体,具有重要的临床应用前景。     

梯度孔隙率与大孔隙尺寸NiTi形状记忆合金的制备及其相变和超弹性行为

利用低温分解型造孔剂与梯级热等静压烧结和常规烧结的匹配工艺成功制备出了梯度孔隙率与大孔隙尺寸多孔NiTi形状记忆合金.多孔合金的孔隙率为30%-61%,孔隙平均尺寸可根据不同预处理工艺在50-500 μm之间变化,且具有较高的开孔率(最高可达85%).所制备的径向梯度孔隙率多孔NiTi合金具有良好的力学性能,线性超弹性应变大于4%;热分析和XRD分析表明,所制备的多孔合金呈现明显的马氏体转变和逆转变特征,相变特征温度随孔隙率的提高而降低.     

具有抗菌及骨修复的硼酸盐玻璃支架的性能研究

本实验在硼酸盐玻璃基础(BG)上掺杂质量分数1%Ag2O,利用聚胺酯模板法制备含银硼酸盐生物活性玻璃(BGAg)支架。将BGAg支架浸泡在人体模拟体液(SBF)中,探讨支架的体外生物活性,生物降解性,并利用FESEM,XRD,FT-IR等对支架及其降解产物进行表征。同时,也考察了BGAg支架对于E.coli和S.aureus两种细菌的体外抑菌作用。材料浸提液与前成骨细胞(MC3T3-E1)共培养,通过细胞的MTT值和ALP活性考察材料的细胞毒性及对细胞活性的影响。结果表明,制备的BGAg支架材料具有良好的生物降性能,抗菌性能可维持3 d之久,细胞毒性低,对细胞的生物活性影响小,是一种性能优良的骨修复支架材料。     

β-磷酸三钙/聚L-乳酸复合骨支架材料的制备及其力学性能

以NaCl颗粒为致孔剂,采用"溶液浇铸-热压成型一颗粒沥滤"方法制备多孔β-磷酸三钙(β-TCP)/聚L-乳酸(PLLA)复合骨支架材料.研究了致孔剂用量、成型压强以及成型温度对复合材料孔隙率、体积密度及力学性能的影响;讨论了复合材料的孔隙率与其力学强度之间的关系以及细胞在支架材料上的增殖情况.扫描电镜(SEM)下,观察到β-TCP/PLLA复合材料有着开口的、均匀的及相互贯通的孔隙,孔径为100μm～400μm;排液法测得复合材料的孔隙率约为55%～65%;多孔复合材料的抗压强度(～8MPa)接近松质骨的抗压强度.研究表明致孔剂NaCl的用量为60%(质量分数)、NaCl颗粒粒径为200μm～450μm时,在6MPa成型压强及120℃成型温度下,制得的多孔复合材料的力学强度符合骨力学性能要求,并适合骨髓基质干细胞的黏附与生长.