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.     

粉末冶金法制备多孔Ti-HA生物复合材料的研究

以碳酸氢铵粉末为造孔剂,羟基磷灰石(HA)和Ti-6Al-4V粉末为原料,采用粉末冶金法制备多孔Ti-HA生物复合材料,并测定了其微观结构和力学性能。通过分析碳酸氢铵含量和成型压力对材料力学性能和孔隙率的影响,得到材料的抗压强度和孔隙率随成型压力的增加而分别增加和减少,随碳酸氢铵含量的增加则分别减少和增加。当碳酸氢铵含量为20wt%和30wt%时,材料的孔隙率分布在30%～50%,抗压强度高于20 MPa,孔径分布在100～500μm。     

放电等离子烧结制备医用多孔锌镁合金的孔隙特征和力学行为（英文）

采用放电等离子烧结技术制备多孔Zn-Mg合金,探讨了Mg含量对多孔合金孔隙特征和力学性能的影响,并分析了多孔Zn-Mg合金的断裂失效机制。结果表明,在造孔剂(NaCl)体积分数固定前提下当Mg含量从5%增加至15%(质量分数),由于在去除造孔剂的过程中去合金化作用,孔隙率从40.3%提升至54.3%,表面开孔直径从289μm增加到384μm。力学测试结果表明,多孔Zn-Mg合金为一种弹脆性多孔材料;3种组分中多孔Zn-10Mg合金力学性能最好,其强度与弹性模量均能满足作为承受低载荷松质骨的需求。     

造孔剂法制备多孔钴基生物材料及性能

以NH4HCO3为造孔剂,采用粉末冶金烧结工艺制备出多孔钴基生物材料。并借助XRD、金相显微镜、扫描电镜和力学试验机对多孔钴的微观结构、形貌和性能进行了检测与分析。结果表明,多孔钴的孔隙特征受到NH4HCO3造孔剂粒度、形貌、含量和烧结温度的影响。在850℃烧结温度下,添加19%(质量分数)、270~380μm的NH4HCO3造孔剂,制备出的多孔钴性能最优,其相组成为单一的α-Co相,孔隙率为64.3%,密度3.18 g/cm3,孔径尺寸300~400μm,弹性模量为1.17 GPa,抗压强度60.9 MPa,与人体松质骨力学性能相匹配。     

注射成形制备多孔钛及其性能

以氯化钠作为造孔剂,利用金属注射成形(MIM)工艺制备多孔钛。研究烧结温度、造孔剂粒度和含量对多孔钛孔隙度、微观形貌和力学性能的影响。结果表明,随着烧结温度的升高,多孔钛的孔隙度逐渐下降而抗压强度和弹性模量逐渐升高;随着造孔剂粒度的减小,多孔钛的孔径也随之减小;随着造孔剂含量的增多,多孔钛的孔隙度逐渐增大;MIM多孔钛植入体的最佳烧结温度为1100～1200℃,NaCl的最优粒度为150～250μm。     

以NH_4HCO_3为造孔剂制备的多孔钛及其力学性能

以NH_4HCO_3为造孔剂,采用粉末冶金法在10-3 Pa的真空度下成功烧结出力学性能与骨匹配的多孔钛。利用扫描电镜观察孔的结构,采用X射线衍射仪分析物相组成,利用阿基米德浮水法测定开孔隙率,利用万能材料试验机测量力学性能。结果表明,多孔钛烧结体的主要相为α-Ti,随着造孔剂添加量的改变,并没有出现新相;多孔钛烧结体的开孔隙率范围在6.9%~65.7%之间,且开孔隙率越大平均孔径也越大;抗压强度随开孔隙率的增大而降低,在50~1 558 MPa之间;当造孔剂含量在30%~50%时,所得制品弹性模量在4.1~9.4GPa,理论上很接近人骨的弹性模量(2.3~20GPa)。     

真空吸渗法制备生物医用相互连续(β-TCP+MgO)/Zn-Mg复合材料的组织和性能（英文）

利用真空吸渗技术通过将Zn-Mg合金渗透到多孔β-TCP+MgO中制备生物医用相互连续(β-TCP+MgO)/Zn-Mg复合材料。采用扫描电镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)、力学性能测试、电化学和浸泡实验研究复合材料的显微组织、力学性能和腐蚀行为。研究结果表明,熔融Zn-Mg合金不仅渗入到多孔β-TCP+MgO骨架的孔隙中,也渗入到筋中,形成致密的复合材料。Zn-Mg合金与β-TCP+MgO骨架接触紧密,在合金与骨架之间没有发现反应层。复合材料的压缩强度达244 MPa,为原始多孔β-TCP+MgO骨架强度的1000倍以上,相当于Zn-Mg大块合金强度的2/3。在模拟体液中的电化学和浸泡测试结果表明,复合材料的耐腐蚀性优于Zn-Mg大块合金的。复合材料表面的腐蚀产物主要是Zn(OH)_2。合适的力学性能和腐蚀性能表明真空吸渗法制备的(β-TCP+MgO)/Zn-Mg复合材料将是潜在的骨替代材料。     

造孔剂法制备新型多孔Ti-Nb-Ta-Mo-Zr合金

以尿素、碳酸氢铵和硬脂酸三种不同的材料作为造孔剂,采用粉末冶金法制备出多孔Ti-Nb-Ta-Mo-Zr合金。比较了相同质量分数不同造孔剂对多孔钛合金的显微形貌、孔隙率、抗压强度和弹性模量的影响。结果表明,加入碳酸氢铵的多孔材料孔隙率为34.38%,大部分孔洞直径小于100μm,平均直径为60~80μm,出现超大孔洞的情况较少;且添加碳酸氢铵的多孔材料成孔均匀,孔洞大多为圆形或近圆形,其抗压强度为130.75MPa,弹性模量为9.562 GPa,与人体骨骼的弹性模量相近。因此确定碳酸氢铵作为多孔Ti-2.1Nb-0.9Ta-14Mo-7Zr合金的造孔剂。     

生物医用多孔钛的力学性能及孔结构变形行为（英文）

多孔钛材料因其优良的综合性能被视为最有潜力的生物医用材料之一。考虑到生物材料在使用过程中必然受到力的作用,重点研究了多孔钛的力学性能及其孔结构变形行为。采用添加造孔剂的粉末烧结方法制备孔隙率为36%~66%、平均孔径为230μm的多孔钛。采用扫描电镜观察孔结构形貌,通过室温压缩测试检测力学性能。多孔钛的弹性模量和抗压强度分别为1.86~14.7 GPa和85.16~461.94 MPa,具力学性能与人骨的力学性能相近。建立了多孔钛的相对屈服强度和相对密度间关系,结果表明相对密度是影响多孔钛力学性能和变形的主要因素。对于低相对密度的多孔钛而言,其变形方式为孔壁的屈服、弯曲和屈曲;而对于高相对密度的多孔钛,其变形方式主要为孔壁的屈服和弯曲。     

n-HA/PA66/CS多孔材料的制备和性能（英文）

对纳米羟基磷灰石/聚酰胺66/壳聚糖多孔复合材料进行了研究。以聚乙烯吡咯烷酮(PVP)以及氯化钠(NaCl)为造孔剂,通过相转移法结合沥滤法制备出多孔n-HA/PA66/CS复合材料。研究表明,n-HA/PA66/CS复合材料在模拟体液环境中pH值变化范围是7.4~7.65。当PVP:NaCl为1:3时,孔径的变化为100至500μm,总的孔隙率可达到72.4%,开孔率达到56.3%,这将适合于血组织和骨组织的向内生长,并且适合于营养物质的转移,符合骨材料的要求。     

多孔β-TCP生物材料的制备及其细胞毒性评价

利用有机泡沫浸渍工艺制备了平均孔隙率在75%以上、气孔连通性好的多孔β-TCP,大孔直径在200μm～500μm之间,微孔直径小于5μm,并呈颈部连接的特点.选用L929小鼠成纤维细胞株,采用100%的材料浸提液,运用MTT法测定材料的细胞相对增值率,并根据细胞相对增殖率判定材料的毒性级分类.结果表明支架材料细胞毒性一直为0～1级,说明支架材料无明显细胞毒性,符合生物体应用的要求.     

稀土CeO2增强型多孔钛的制备与性能

孔隙率对多孔钛的成骨性能影响较大,高的孔隙率更有利于骨组织的长入。但随着孔隙率的升高,其力学性能必然会急剧下降。因此,如何在保证多孔钛高孔隙率的前提下提高其力学性能,成为当前势必解决的难题。本研究采用浆料发泡法,通过在钛粉中加入不同含量的氧化铈,制备出高孔隙率的多孔钛。结果表明,多孔钛孔隙呈三维网络状,孔隙率为71.6%～73.5%,孔径主要分布在100～700μm,且孔壁上分布着微米级的微孔。当氧化铈的加入量为0.2%(质量分数,下同)时,多孔钛表现出最优的生物力学相容性,其杨氏模量为2.08GPa,抗压强度为60.19MPa。     

快速成型模板调制双相掺锶磷酸钙陶瓷骨支架的结构与性能

以高强可降解掺锶磷灰石骨水泥(Sr-HAC)为原料,以快速成型(RP)宏孔可控树脂为模板,合成了由掺锶磷灰石(Sr-HA)、掺锶磷酸钙(Sr-TCP)组成的新型双相掺锶磷酸钙(Sr-BCP)骨支架。结果表明,Sr-BCP骨支架相组成可根据Sr-HAC的(Ca+Sr)/P比率予以调控。骨支架宏孔高度连通,孔径400～550μm,且宏孔壁上具有丰富的微孔(孔径2～5μm)。此外,骨支架宏孔参数可通过设计不同孔结构的负模予以反向调控。宏孔百分数与相组成对Sr-BCP支架的抗压强度与降解速率有重要影响。与BCP骨支架相比,Sr-BCP骨支架具有更高的强度及更快的降解速率,一定程度上缓解了BCP陶瓷骨支架在力学和降解性能上难以兼顾的矛盾。     

不同孔径分布多孔钛的力学性能

从生物学角度出发设计并制备2种不同孔径分布的多孔钛,并研究其力学性能。采用造孔剂烧结方法制备孔隙率为36%~63%的多孔钛,通过室温压缩测试其力学性能。多孔钛的弹性模量和抗压强度分别在2.662~18 GPa和94.05~468.57 MPa范围内,且都随着孔隙率的增加而降低。抗压强度和孔隙率的关系曲线呈现完全的线性特征,表明抗压强度主要受孔隙率的影响,几乎不受孔径的影响。Gibson-Ashby力学关系分析结果显示：常数项C值的差异说明孔径分布对多孔钛的屈服强度有一定的影响;密度指数n值均大于临界值3,表明这2种不同孔径的多孔钛的变形方式相同,为孔壁的屈曲作用。     

放电等离子烧结制备医用多孔锌镁合金的孔隙特征和力学行为

采用放电等离子烧结技术制备多孔Zn-Mg合金探讨了Mg含量对多孔合金孔隙特征和力学性能的影响,并分析了多孔Zn-Mg合金的断裂失效机制。结果表明,在造孔剂 (NaCl) 体积分数固定前提下当Mg含量从5 wt.%增加至15 wt.%,由于在去除造孔剂的过程中去合金化作用,孔隙率从40.3 %提升至54.3 %,表面开孔直径从289 μm增加到384 μm。力学测试结果表明,多孔Zn-Mg合金为一种弹脆性多孔材料;三种组分中多孔Zn-10Mg合金力学性能最好,其强度与弹性模量均能满足作为承受低载荷松质骨的需求。     

用聚硅氧烷和羟甲基纤维素制备泡沫陶瓷

选用聚硅氧烷为主要原料,用羟甲基纤维素为造孔剂,制备了SiOC泡沫陶瓷。研究了造孔剂含量、成型压力、裂解温度对泡沫陶瓷抗压强度及孔隙率的影响,并对泡沫陶瓷的微观形貌进行了分析。结果表明,随着造孔剂含量的增加,泡沫陶瓷的孔隙率随之增大,而抗压强度则随之降低;在40MPa～120MPa的成型压力范围内,随着成型压力的增加,泡沫陶瓷的孔隙率逐渐降低,而抗压强度不断增加;在10001400℃温度范围内,随着裂解温度的升高,泡沫陶瓷的抗压强度先增加后降低,而孔隙率不断降低;当羟甲基纤维素的含量为50％、成型压力为80MPa、裂解温度为1250℃时,所制备的泡沫陶瓷的抗压强度为43MPa,孔隙率为51％。微观结构分析显示,SiOC泡沫陶瓷微孔分布均匀,以三维交错的网状孔道相互贯穿。     

稀土LaF3增强型梯度结构多孔钛及其力学性能

采用粉末冶金法制备外层高孔隙率/内层低孔隙率的梯度结构多孔钛,以解决单层多孔钛孔隙率高强度低的问题。梯度双层多孔钛内层孔隙率约为30%,外层孔隙率可达65%以上,孔径范围在100~255μm之间,内/外层孔径和孔隙率呈梯度分布,其抗压强度和弹性模量分别为117.50~143.55MPa和1.95~3.08GPa。在梯度多孔钛外层添加稀土氟化镧进一步提高了其力学性能。当添加量为0.05%(质量分数)时,其抗压强度和弹性模量最高,可达到213.76MPa和3.38GPa。     

表面改性多孔钛植入体孔径和孔隙率对骨长入的影响（英文）

研究表面改性多孔钛种植体孔隙率和孔径对骨整合的影响。用粉末注射成形技术制备3种多孔钛植入体(A30,A40和A50,造孔剂NaCl的体积分数分别为30%,40%和50%)。将改性后的多孔植入体分别植入狗的背部肌肉和股骨内28、56和84 d后,检测多孔钛植入体与宿主骨之间界面成骨活性和骨组织长入孔隙内的情况。结果表明,喂料中造孔剂NaCl的添加量从30%增至50%(体积分数),多孔钛的总孔隙率从42.4%增至62.0%,大孔径(50μm)多孔钛的质量分数从8.3%增至69.3%。组织学和荧光标记结果显示,A50植入体在28 d时骨界面的成骨活性明显高于其他组,在84d时A30植入体骨长入的量低于其他组。因此,A50植入体的孔结构适合新骨组织长入多孔植入体。     

PHBV微球／磷酸钙骨水泥复合材料研究

采用在磷酸钙骨水泥中添加一定量的PHBV微球来制备在初期有较高的抗压强度，而后随着PHBV微球的降解，在磷酸钙骨水泥基体中形成三维孔隙结构的PHBV微球／磷酸钙骨水泥复合材料。选用的骨水泥的固相成分以α-TCP为主，液相成分为NaH2PO4／Na2HPO4、KH2PO4/K2HPO4缓冲溶液，PHBV微球直径为100μm～300μm，主要研究不同的固化液，固液比以及PHBV微球添加量对PHBV／磷酸钙骨水泥复合材料抗压强度等性能的影响，制备出凝固时间在15min-30min，具备一定可注射性，抗压强度达到10MPa～30MPa的PHBV微球／磷酸钙骨水泥复合材料。最终制备的PHBV微球／磷酸钙骨水泥复合材料能够满足骨修复材料的要求。     

尿素作为造孔剂制备泡沫钛的结构和力学性能

采用针状尿素作为造孔剂,在造孔剂含量介于60%~80%的情况下进行了泡沫钛的制备。通过造孔剂技术成功地制备出孔隙率介于50.2%~71.4%的泡沫钛。扫描电镜结果表明,孔的连通程度随着造孔剂含量的增加而增加,当造孔剂含量超过70%时形成开孔泡沫钛。力学性能测试结果表明,力学性能随着孔隙率的增加而减小,试样的屈服强度、抗压强度和杨氏模量分别介于34.4~146.8 MPa、40.6~193.2 MPa和0.5~3.3 GPa。孔隙率为50.2%和71.4%的泡沫钛的杨氏模量分别匹配于皮质骨和松质骨的模量,理论上可作为潜在的骨替代材料。