高性能磷酸鈣陶瓷纖維的制備與改性.pdf

1、磷酸鈣生物陶瓷受到越來越多人的關(guān)注，原因是其在人體硬組織修復(fù)中具有優(yōu)良的生物相容性和成骨生物活性。磷酸鈣陶瓷中的羥基磷灰石(hydroxyapatite，Ca10(PO4)6OH2，HA)與β-磷酸三鈣(beta-tricalciumphosphate，Ca3(PO4)2，β-TCP)以及二者的雙相陶瓷(biphasic calciumphosphate，BCP)在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域受到廣泛的關(guān)注。本研究的主要目標是通過溶膠凝膠法與靜電紡絲法

2、相結(jié)合的形式制備出磷酸鈣陶瓷纖維，重點考察合成機理;在此基礎(chǔ)上，通過陽離子對于陶瓷纖維進行摻雜，制備出與天然骨成分更接近的生物陶瓷材料。
　　首先，以磷酸三乙酯(TEP)與硝酸鈣分別作為磷源與鈣源，研究合成過程中的各項參數(shù)對于產(chǎn)物最終產(chǎn)組分與形貌的影響，制備出分別以HA、β-TCP和BCP為主要組分的磷酸鈣陶瓷纖維。研究表明，在低溫攪拌下將鈣源溶液逐滴滴加與充分陳化，使得鈣離子在溶膠凝膠體系中均勻分散，可以消除雜質(zhì)氧化鈣(CaO)

3、的存在。同時，調(diào)節(jié)體系的酸堿度，在堿性環(huán)境中，更有利于HA的形成。
　　采用靜電紡絲法結(jié)合高溫?zé)Y(jié)制備陶瓷纖維，紡絲液由以溶膠凝膠前驅(qū)體與大分子配置而成。調(diào)控前驅(qū)體的陳化時間與纖維的熱處理溫度可以改變陶瓷纖維的形貌。磷酸鈣陶瓷纖維的直徑隨著前驅(qū)體陳化時間的延長而減小，陳化時間達到24h后，纖維直徑的變化不再明顯。隨著熱處理溫度的升高，纖維的組分由缺鈣型羥基磷灰石(CDHA)向BCP轉(zhuǎn)變。
　　在此基礎(chǔ)上，將陽離子Zn2+引入

4、溶膠-凝膠體系進行摻雜，成功制備了具有不同Zn2+取代量的磷酸鈣陶瓷纖維。通過元素分析測試，證明Zn元素在磷酸鈣纖維中分布均勻。XRD分析纖維中不存在ZnO等雜質(zhì)相態(tài)，仍然是磷灰石的結(jié)構(gòu)。通過計算證明，金屬Zn2+成功摻入羥基磷灰石的晶胞結(jié)構(gòu)中，并且隨著其摻雜量的增加，HA晶胞尺寸呈現(xiàn)減小的趨勢，穩(wěn)定性下降，表現(xiàn)出更快的Zn2+和Ca2+的釋放速度。細胞培養(yǎng)結(jié)果顯示，Zn2+摻雜的磷酸鈣陶瓷纖維，對骨髓間充質(zhì)干細胞沒有顯著的細胞毒性。因