硅烷化介孔硼硅酸盐生物玻璃微球对PMMA骨水泥生物活性和力学性能的影响（英文）

聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)骨水泥因具有良好的力学性能、适宜的凝固时间和低毒性等优点而在骨科手术中作为可注射型人工骨修复材料受到广泛的应用。然而，其生物惰性可能导致假体长期植入后产生无菌性松动。本研究采用模板法制备了介孔硼硅酸盐生物玻璃微球(MBGS),并用硅烷偶联剂γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷(γ-MPS)对其进行改性,制备了MBGSSI。再将硅烷化介孔硼硅酸盐生物玻璃微球(MBGSSI)与聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)骨水泥复合,制备了一种具有良好生物活性和力学性能的复合骨水泥。实验结果表明,由于γ-MPS与MBGS的结合主要发生在介孔微球的近表面,MBGSSI比MBGS具有更大的比表面积和更小的孔容积。与MBGS/PMMA复合骨水泥相比,γ-MPS可以改善复合材料中无机相和有机相之间的结合,因此MBGSSI/PMMA复合骨水泥的力学性能得到了改善,符合ISO 5833:2002对丙烯酸类骨水泥的力学性能要求。此外,在SBF溶液中浸泡42 d后, MBGS/PMMA和MBGSSI/PMMA复合骨水泥的表面均生成了羟基磷灰石(HA),证明复合骨水泥具有良好的生物活性。因此, MB...     

硼硅酸盐生物活性玻璃在直流电场下的体外矿化性能

硼硅酸盐生物活性玻璃具有良好的生物活性和骨传导性, 但大多数生物活性玻璃表现出非线性降解和矿化行为, 矿化性能会随着时间而减缓。电场作为一种外场辅助调节的方法, 能够干预玻璃的离子交换和扩散。本研究利用直流电场干预硼硅酸盐生物活性玻璃的体外矿化, 加快降解较慢阶段中硼硅酸盐生物玻璃的生物活性。将熔融法制备的成分为18SiO₂-6Na₂O-8K₂O-8MgO-22CaO-2P₂O₅-36B₂O₃的硼硅酸盐生物活性玻璃浸泡在SBF生理模拟液中, 施加0~90 mA的电流, 研究直流电场对硼硅酸盐生物玻璃降解及体外矿化性能的影响。研究结果表明, 施加电场不仅可以提高硼硅酸盐生物活性玻璃的降解率和离子释放量, 而且有利于玻璃网络水解和表面羟基化, 加速羟基磷灰石的生成。其中失重率比对照组提高了3%~5%, 硼和钙的离子释放量分别较对照组提高了2.3~2.9倍和1.9~2.3倍。对硼硅酸盐生物活性玻璃表面结构分析得出, 暴露在电场下的样品表面生成了磷灰石层。应用直流电场可以提高生物活性玻璃的降解及体外矿化性能, 为提升骨修复效果提供了一种新思路。     

掺钕介孔硼硅酸盐生物活性玻璃陶瓷骨水泥的制备与性能表征

骨肉瘤是一种常见的恶性骨肿瘤, 常通过手术切除进行治疗。但术后造成的骨缺损难以自愈, 残余肿瘤细胞还会增加复发可能性。本研究开发了一种用于修复骨缺损和协同治疗骨肉瘤的掺钕介孔硼硅酸盐生物活性玻璃陶瓷骨水泥。首先通过溶胶-凝胶法结合固态反应制备了可作为光热剂和药物载体的掺钕介孔硼硅酸盐生物活性玻璃陶瓷微球(MBGC-xNd), 然后将微球与海藻酸钠(SA)溶液混合制备了可同时进行光热治疗和化学治疗的可注射骨水泥(MBGC-xNd/SA)。结果表明掺Nd³⁺赋予微球可控的光热性能, 负载阿霉素(DOX)的微球显示出持续的药物释放行为。此外, 载药骨水泥的药物释放量随着温度的升高而显著增加, 说明光热疗法产生的热量可促进DOX释放。体外细胞实验结果表明, MBGC-xNd/SA具有良好的促成骨活性, 并且光热-化学联合疗法对MG-63骨肉瘤细胞起到了更显著的杀伤作用, 表现出协同效应。因此,MBGC-xNd/SA作为一种新颖的多功能骨修复材料, 在骨肉瘤的术后治疗方面具有良好的应用前景。     

硼硅酸盐生物活性玻璃在直流电场下的体外矿化性能（英文）

硼硅酸盐生物活性玻璃具有良好的生物活性和骨传导性,但大多数生物活性玻璃表现出非线性降解和矿化行为,矿化性能会随着时间而减缓。电场作为一种外场辅助调节的方法,能够干预玻璃的离子交换和扩散。本研究利用直流电场干预硼硅酸盐生物活性玻璃的体外矿化,加快降解较慢阶段中硼硅酸盐生物玻璃的生物活性。将熔融法制备的成分为18SiO₂-6Na₂O-8K₂O-8MgO-22CaO-2P₂O₅-36B₂O₃的硼硅酸盐生物活性玻璃浸泡在SBF生理模拟液中,施加0～90 m A的电流,研究直流电场对硼硅酸盐生物玻璃降解及体外矿化性能的影响。研究结果表明,施加电场不仅可以提高硼硅酸盐生物活性玻璃的降解率和离子释放量,而且有利于玻璃网络水解和表面羟基化,加速羟基磷灰石的生成。其中失重率比对照组提高了3%～5%,硼和钙的离子释放量分别较对照组提高了2.3～2.9倍和1.9～2.3倍。对硼硅酸盐生物活性玻璃表面结构分析得出,暴露在电场下的样品表面生成了磷灰石层。应用直...     

介孔生物玻璃/磷酸钙骨水泥多级孔复合支架的制备及其载药特性研究

采用离心法将介孔生物活性玻璃(MBG)和磷酸钙骨水泥(CPC)高效复合制备出介孔/大孔多级孔复合支架材料, 评价了其对抗癌药物阿霉素的装载及释放性能。实验结果表明, 采用离心法能在大孔支架CPC内有效负载大量的介孔生物活性玻璃, 使其比表面积高达100.1 m²/g, 负载量达47.2%, 而采用传统浸渍法则不能将MBG粉体材料负载于CPC支架上。载药实验发现离心法制备的介孔/大孔复合支架对阿霉素的装载量达到了46 mg/g, 是普通大孔CPC支架的11.5倍, 且在体外具有药物缓释的特性。     

壳聚糖/磷灰石-硅灰石复合多孔支架材料的制备与性能

以磷灰石-硅灰石(AW)生物活性多孔玻璃陶瓷支架材料为基体,采用物理包被法制备了壳聚糖(CS)/AW复合多孔支架材料,通过红外图谱分析、扫描电镜、光学显微镜、强度检测等分析测试方法,研究了复合材料的组成、微观结构、力学和矿化性能。结果发现：复合材料与AW多孔支架材料基体相比,仍具有三维贯通且分布均匀的孔隙结构,孔径尺寸约 100～500μm,孔隙率为80%左右,且力学性能明显增强,平均抗压强度可达3.11 MPa,比多孔AW支架材料基体的平均抗压强度提高了8.3倍。体外模拟体液浸泡实验表明,复合材料具有较高的矿化功能,预示材料具有较好的生物活性。这种复合材料可望作为人体非承重部位的植入骨修复体和组织工程支架使用。     

钛酸钡/硅酸钙复合生物活性压电陶瓷的制备及性能研究

压电材料产生的电信号能够促进成骨细胞增殖分化, 但不具有良好的诱导矿化能力; 生物活性材料在生理环境下能够诱导类骨羟基磷灰石的沉积, 但又不能产生电信号促进成骨。因此, 开发出一种既能产生电信号, 又能诱导矿化沉积的复合生物活性压电材料, 具有重要意义。本研究以钛酸钡为压电组分, 以硅酸钙为生物活性组分, 采用固相烧结法制备了钛酸钡/硅酸钙复合生物活性压电陶瓷, 测试了压电性能, 并用体外矿化实验评价了诱导矿化能力。硅酸钙复合含量达到30%时, 复合陶瓷仍具有一定的压电性能(d₃₃=4 pC·N^-1), 并且能够在模拟体液中诱导磷酸钙沉积。钛酸钡与硅酸钙的复合能够同时具有压电性和生物活性, 为骨修复材料提供了新的选择。     

不同模拟体液对硼硅酸盐生物活性玻璃基骨水泥矿化性能的影响

硼硅酸盐生物活性玻璃基(Borosilicate bioactive glass-based, BBG)骨水泥由于其优异的生物活性和生物降解性, 在治疗骨质疏松性骨折以及骨肿瘤、骨创伤、骨髓炎等疾病方面具有重要的应用前景, 受到人们的广泛关注。为进一步了解氨基酸对其植入生物体内后的矿化影响, 本研究在常规的SBF溶液中添加了不同种类及浓度的氨基酸物质, 重点研究对植入体表面形貌的影响。同时为在矿化过程中同步形成白磷钙矿(Whitlockite, WH)和羟基磷灰石(hydroxyapatite, HA), 调整了SBF溶液的温度以及酸碱度和Mg²⁺浓度, 研究了不同SBF溶液中BBG骨水泥表面形成的矿化产物。研究结果表明, 不同的氨基酸及浓度的变化对矿化产物的影响有较大差异, 天冬氨酸和赖氨酸的浓度变化影响矿物的长径比, 而甘氨酸对矿物形貌的影响较小。将硼硅酸盐生物活性玻璃压片放置在70 ℃下的高Mg²⁺浓度的酸性(pH=3.5)SBF溶液中浸泡一定时间后, 能够获得HA/WH的复相矿物。     

氨基化改性生物玻璃/明胶/胶原复合支架的研究

利用溶胶-凝胶技术制备生物活性玻璃,并将其与明胶、胶原蛋白复合制备生物活性玻璃/明胶/胶原复合支架。力学性能研究表明,该复合支架形变量50%时的抗压强度为5.97 MPa;将生物活性玻璃氨基化改性后,制备的复合支架形变量50%时的抗压强度略有增加(6.15 MPa)。傅立叶红外光谱显示,氨基化改性生物玻璃与明胶、胶原之间生成酰胺键,增强了复合支架的结构稳定性。将生物活性玻璃/明胶/胶原复合支架置于模拟体液中矿化,在扫描电镜下可观察到其表面生成了羟基磷灰石,且随着矿化时间的延长,生成的羟基磷灰石颗粒逐渐增多。生物活性玻璃/明胶/胶原复合支架于磷酸盐缓冲液(PBS)中降解28d后,其质量剩余25.25%,而氨基化改性生物活性玻璃/明胶/胶原复合支架的质量剩余32.96%,表明氨基化改性能够提高其无机相与有机相的界面相容性,从而提高复合支架的结构稳定性。细胞毒性研究表明,氨基化改性生物活性玻璃/明胶/胶原复合支架和生物活性玻璃/明胶/胶原复合支架反应级为0级或1级,可满足生物医用材料的要求。氨基化生物活性玻璃/明胶/胶原复合支架有望在骨组织工程修复中得到应用。     

明胶微球玻璃基骨水泥的制备及性能研究

以生物活性SiO2-CaO-P2O5-CaF2系统玻璃粉末为基体,以磷酸铵溶液为固化液,添加明胶微球,制得了明胶微球多孔玻璃基骨水泥。将骨水泥于置37℃的生理模拟液(SBF)中浸泡后,利用pH计、XRD、SEM和力学试验机等对浸泡液的pH值和钙离子浓度,以及浸泡产物的晶相、显微结构和力学性能等进行了观测和分析。结果表明,明胶微球的加入使玻璃基骨水泥从高pH值降至略大于7.0的弱碱性,并加快了骨水泥对钙离子的吸收和羟基磷灰石(HAP)的生长,使玻璃基骨水泥体现出更好的生物活性。在明胶微球含量为5%(质量分数)时,浸泡后形成的骨水泥的孔隙率接近80%,而其抗压强度仍可达5MPa以上。     

溶胶-凝胶法制备高比表面积铝磷钙生物活性玻璃

采用溶胶-凝胶法, 在不使用模板剂的情况下制备出高比表面积的介孔CaO-Al₂O₃-P₂O₅生物活性玻璃(MBGs), 用BET、XRD、DTA以及FTIR对MBGs的结构进行了表征, 并用生物模拟体液(SBF)在36.5℃对生物玻璃进行了体外活性测试, 测试时间为1 d、3 d、7 d和14 d。介孔玻璃的比表面积最高达到461.1 m²/g, 随着CaO的含量从5mol%增加到30mol%, 介孔玻璃的比表面积呈降低趋势。用XRD和FTIR验证了材料的玻璃结构。然而, 在生物模拟体液(SBF)实验中, 当CaO摩尔含量达到20mol%时, 介孔玻璃表现出较高生物活性。这种特殊的高比表面积的介孔铝磷钙生物活性玻璃在生物医药方面有潜在的应用价值。本文的实验结果对优化生物玻璃的介孔结构和CaO含量来提升玻璃的生物活性有一定的指导意义。     

硅酸钙纳米线复合电纺丝支架的制备及离子释放研究

电纺丝支架已被广泛用于组织工程领域,其中硅酸钙等生物活性陶瓷复合的电纺丝支架,在应用中展现出了优异的生物活性。硅酸钙复合电纺丝支架中硅酸钙降解释放的硅酸根离子(SiO32–)已被证实具有促进成血管性能,但其有效活性离子浓度范围比较窄,仅在0.79～1.8μg/mL之间。因此精确控制组织工程材料的离子释放浓度,使材料释放的离子能较长时间保持在有效活性浓度范围,对于组织工程应用具有重要意义。本研究通过调节电纺丝孔径大小及硅酸钙纳米线的不同复合方式,制备了多种硅酸钙复合电纺丝纤维支架,并比较了其在体外环境下的离子释放模式及对人脐静脉内皮细胞的增殖促进作用。实验结果表明,混纺及同时电喷–电纺复合方式的小孔径硅酸钙复合电纺支架由于高分子的疏水作用和小孔径结构对离子扩散的阻碍,可以实现离子缓释。通过体外细胞实验发现,具有离子缓释效果的支架可以更好地促进人脐静脉内皮细胞的增殖,说明通过调控支架离子缓释,可以有效调控其生物活性,获得最佳组织工程应用效果。     

热压烧结(FeNiCoCr)100-x Al x (x=0、5)高熵合金的微观组织及力学性能

采用低能球磨-热压烧结制备了(FeNiCoCr)_100-x Al _x (x=0、5)高熵合金,并对其进行时效处理,研究了合金的组织结构与力学性能。结果表明：烧结态及时效态合金的微观组织均由FCC相和少量BCC相构成,其中FCC相中均存在孪晶,且未添加Al的合金中孪晶比例相对较高;添加Al的合金中BCC相较高,且时效处理后出现了大量小角度晶界。时效态FeNiCoCr合金具有最佳的综合性能,其压缩真屈服强度达545 MPa,弯曲强度和断裂韧性分别为1342±20 MPa和32.5±2.0 MPa·m^1/2,优异的力学性能归因于FCC相中退火孪晶的形成以及BCC相的析出。     

疏水性聚酰亚胺增强SiO2气凝胶复合材料的制备与表征

采用化学交联、溶胶-凝胶和表面改性的方法,制得疏水性聚酰亚胺（PI）增强SiO₂气凝胶复合材料。以均苯四甲酸二酐（PMDA）和4’,4’-二氨基二苯醚（ODA）为聚合单体,3-氨丙基-三己氧基硅烷（APTES）为封端剂,合成APTES封端的聚酰亚胺,与正硅酸乙酯（TEOS）混合形成前驱体。采用酸碱两步催化凝胶、湿凝胶依次进行表面疏水改性、溶液置换及CO₂超临界干燥,得到聚酰亚胺增强SiO₂气凝胶复合材料样品。利用FTIR、SEM、比表面积测试仪、万能材料试验机、接触角分析仪等表征样品的化学组成、微观形貌、孔结构、力学性能及疏水性能等。结果表明：PI质量分数为6wt%的样品密度为0.124 g/cm³,比表面积为724 m²/g,平均孔径尺寸为14 nm,接触角为134°,抗压强度为0.295 MPa。20wt%含量的PI增强SiO₂气凝胶样品抗压强度为0.556 MPa。     

Al2O3颗粒形貌对注凝成型ZrO2/Al2O3陶瓷性能的影响

采用3种不同形貌的Al₂O₃原料对注凝成型制备ZrO₂/Al₂O₃（ZTA）陶瓷工艺中悬浮体的流变性能进行了研究。以低毒的单体N,N-二甲基丙烯酰胺（DMAA）制备了ZrO₂/Al₂O₃坯体和陶瓷。讨论了3种不同形貌的Al₂O₃原浆料的分散剂用量、球磨时间和固含量对浆料流变性的影响。Al₂O₃粉体呈扁平状有利于降低浆料的黏度,Al₂O₃粉体呈棒状对生坯强度的提高有利。制得的3种ZrO₂/Al₂O₃坯体颗粒间结合紧密,抗弯强度分别达到21.45,19.87,25.90 MPa。Al₂O₃粉体呈颗粒状有利于最终陶瓷力学性能的提高,陶瓷的抗弯强度及断裂韧性分别为680 MPa和7.49 MPa·m^1/2,453.1 MPa和6.8 MPa·m^1/2,549.4 MPa和6.34 MPa·m^1/2。     

玄武岩纤维对喷射混凝土力学性能及微观结构的影响机制

通过力学性能实验研究了玄武岩纤维（BF）对玄武岩纤维/喷射混凝土（BF/SC）基本力学性能及韧性的影响规律,同时借助扫描SEM及核磁共振（NMR）实验对BF/SC的微观结构进行研究。结果表明:添加BF可以显著提高BF/SC的抗压强度、劈裂抗拉强度和抗弯强度;相较于素SC,掺量为3 kg/m3及7.5 kg/m3的BF/SC抗弯试块韧性较好,其能量吸收能力分别为素SC的2.42倍和2.69倍。BF在SC内部具有较好的分散性,与SC基体界面粘结性较好。适量BF有效地抑制了大体积孔隙的生成,其中掺量为3 kg/m3的BF/SC大孔径孔隙占比仅为0.25%,但过多BF掺入会导致纤维结团及孔隙率增加,因此在本文实验条件下纤维掺量为3 kg/m3时BF/SC性能最好。