生物玻璃的陳化時(shí)間和硅含量與碳納米纖維復(fù)合材料微觀結(jié)構(gòu)及生物礦化性能關(guān)聯(lián)機(jī)制的研究.pdf

1、碳納米纖維(CNF)基復(fù)合雜化材料由于具有較好的生物學(xué)性能，能有效模擬天然細(xì)胞外基質(zhì)纖維網(wǎng)絡(luò)形貌，促進(jìn)成骨細(xì)胞的有效增殖和貼附，是目前所青睞的組織修復(fù)材料?；诒緦?shí)驗(yàn)室前期的大量研究工作，本文繼續(xù)采用溶膠-凝膠法和靜電紡絲相結(jié)合的方法，成功制備了生物活性玻璃(BG)摻雜的不同碳源碳納米纖維(CNF)復(fù)合材料(CNF/BG)，系統(tǒng)研究了生物玻璃的陳化時(shí)間和硅含量與碳納米纖維復(fù)合材料微觀結(jié)構(gòu)及生物礦化性能關(guān)聯(lián)機(jī)制。
　　首先系統(tǒng)研究了

2、BG溶膠前驅(qū)體中的硅含量（45S和68S）與CNF/BG復(fù)合材料的結(jié)構(gòu)演變及生物學(xué)性能的關(guān)聯(lián)性。采用光學(xué)顯微鏡(OM)，激光粒度分析(LPSA)以及核磁共振分析(CP-NMR)等手段研究表明，相同陳化時(shí)間條件下68S的硅網(wǎng)絡(luò)連接程度和硅網(wǎng)絡(luò)尺寸均大于45S。同時(shí)，采用掃描電鏡SEM，X射線(xiàn)衍射(XRD)和透射電鏡(TEM)等手段研究發(fā)現(xiàn)，CNF/BG-45中生物陶瓷主要結(jié)晶生成α-硅酸鈣(α-CaSiO3)，而CNF/BG-68中生物陶

3、瓷主要結(jié)晶生成β-硅酸鈣(β-CaSiO3)。上述產(chǎn)物晶型差異主要與納米纖維的高溫?zé)Y(jié)氣氛及PAN的加入有關(guān)。在空氣中，由于PAN中有機(jī)物的降解和氧化，兩種CNF/BG中BG均結(jié)晶生成β-CaSiO3，而在氮?dú)庵?，PAN中有機(jī)物質(zhì)有一定殘留。特別是在溶膠-凝膠和預(yù)氧化階段，PAN中的C≡N鍵和兩種BG中鈣元素間的不同相互作用對(duì)產(chǎn)物晶型有直接影響。此外，生物礦化結(jié)果表明含有α-CaSiO3的CNF/BG-45表面HA生長(zhǎng)速度和尺寸大小均優(yōu)

4、于含有β-CaSiO3的CNF/BG-68。這歸因于α-CaSiO3三元環(huán)狀的結(jié)晶結(jié)構(gòu)相對(duì)于β-CaSiO3中鏈狀的結(jié)構(gòu)更容易水解，更有利于促進(jìn)礦物質(zhì)的沉積和生長(zhǎng)。
　　此外，系統(tǒng)探究了BG溶膠前驅(qū)體的陳化時(shí)間與PVP基碳納米纖維復(fù)合材料的結(jié)構(gòu)演變及生物學(xué)性能的關(guān)聯(lián)性。采用CP-NMR以及LPSA等手段對(duì)不同陳化時(shí)間（1，3，7天）溶膠-凝膠中硅網(wǎng)絡(luò)尺寸和形貌變化進(jìn)行了探究。結(jié)果表明，陳化時(shí)間從1天增加到7天，硅網(wǎng)絡(luò)的連接程度逐漸

5、增加。同時(shí)，硅網(wǎng)絡(luò)從陳化1天的松散的，隨機(jī)支化的小團(tuán)簇連接成為陳化3天的完善的溶膠-凝膠網(wǎng)絡(luò)，而隨著陳化時(shí)間增加到7天，進(jìn)一步變?yōu)橹旅艿墓杈W(wǎng)絡(luò)。在此基礎(chǔ)上，結(jié)合SEM、TEM、熱失重(TG)、元素分析(Mapping)和X光電子能譜(XPS)等一系列表征方法對(duì)不同陳化時(shí)間CNF/BG復(fù)合材料中的BG研究發(fā)現(xiàn)，陳化時(shí)間越長(zhǎng)，CNF表面BG粒子個(gè)數(shù)越多，納米纖維中殘存的BG元素含量越少。PVP吡咯烷酮中的羰基和BG中的鈣離子有相互作用，從而