前軀體溶膠液陳化時間與鈣磷比對Bioglass@CNF結(jié)構(gòu)演變及生物學(xué)性能影響機制的研究.pdf

1、生物活性玻璃(Bioglass)是目前唯一能同時和骨組織、軟組織相結(jié)合的骨修復(fù)材料，其具有很高的生物活性。碳納米纖維(Carbonnano-fiber)因其優(yōu)異的機械強度、大的比表面積、穩(wěn)定的化學(xué)性以及易被表面官能化等性能，目前已經(jīng)成為眾多領(lǐng)域的研究熱點。基于這兩種材料的性能優(yōu)勢，本研究結(jié)合溶膠-凝膠法和靜電紡絲法，再經(jīng)過水解、預(yù)氧化和高溫碳化過程，成功制備得到了具有高生物活性和優(yōu)異的機械性能的生物活性玻璃摻雜碳納米纖維(Bioglas

2、s@CNF)復(fù)合納米材料，并通過改變?nèi)苣z前驅(qū)體體系的陳化時間和生物玻璃的鈣磷比，分別探究了其對Bioglass@CNF復(fù)合材料的結(jié)構(gòu)演變及生物學(xué)性能的影響機制。
　　本文系統(tǒng)研究了溶膠前驅(qū)體體系的陳化時間與Bioglass@CNF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。首先采用粘度分析儀、激光粒度分析及核磁共振分析(NMR)對陳化不同時間的純玻璃溶膠-凝膠過程體系粘度和元素結(jié)合情況進行了分析，再結(jié)合光學(xué)顯微鏡直觀觀察了其形成過程。

3、結(jié)果表明前驅(qū)體溶膠凝膠體系中隨著陳化時間的變化，主要發(fā)生硅氧網(wǎng)絡(luò)的縮合與團聚，陳化時間越長溶膠-凝膠的網(wǎng)絡(luò)越完善，體系的粘度呈增大趨勢，而對應(yīng)的體系粒徑因網(wǎng)絡(luò)的結(jié)合而在前4天表現(xiàn)出逐漸增大的趨勢，到第四天以后，溶膠-凝膠網(wǎng)絡(luò)發(fā)生團聚，從而表現(xiàn)出粒徑逐漸減小的結(jié)果;對應(yīng)的核磁分析可以看到體系的Si-O-Si結(jié)構(gòu)是逐漸增多的，也表明硅氧網(wǎng)絡(luò)的縮合團聚隨著陳化時間的延長逐步完善。由此，實驗后期選取了具有代表意義的陳化1，4，7天陳化了前驅(qū)體紡

4、絲液，經(jīng)靜電紡絲和高溫碳化后得到Bioglass@CNF復(fù)合材料，再結(jié)合掃描(SEM)、透射(TEM)及高分辨(HR-TEM)電鏡和傅里葉紅外光譜分析(FTIR)、X-射線衍射儀(XRD)對Bioglass@CNF形態(tài)與結(jié)構(gòu)進行了分析表征。結(jié)果顯示，陳化時間較短時主要生成無定形的硅酸鈣，隨著陳化時間的延長逐步生成結(jié)晶的硅酸鈣，但陳化時間過長，雖然生成的硅酸鈣結(jié)晶越明顯，但也伴隨著結(jié)晶二氧化硅的生成。此外，礦化實驗結(jié)果表明，陳化時間較短時

5、生成的大量無定形硅酸鈣的溶解速率快于結(jié)晶硅酸鈣，表現(xiàn)出最快的HCA結(jié)晶生長速率，而陳化時間較長時，對應(yīng)的硅酸鈣結(jié)晶越完善，越不容易發(fā)生溶解，使得其生成的HCA的速率也越慢。與此同時，陳化時間為7天時，因其Bioglass@CNF體系中不均勻的玻璃粒子的存在，導(dǎo)致前期生成的HCA的分布也不均。
　　本文系統(tǒng)研究了溶膠前驅(qū)體體系的鈣磷比(Ca/P)與Bioglass@CNF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。利用SEM，TEM，X

6、RD和FIR對其玻璃陶瓷粒子形成情況進行了分析表征，結(jié)果表明，Ca/P為1.0時，體系中主要生成無定形的磷酸鈣和少量的結(jié)晶硅酸鈣;Ca/P為1.67時，主要生成結(jié)晶的硅酸鈣;而Ca/P為2.5時，生成的硅酸鈣結(jié)晶更加完善，但同時伴隨著結(jié)晶氧化鈣的出現(xiàn)。在此基礎(chǔ)上，將不同Ca/P的Bioglass@CNF的材料進行了生物體外礦化和細胞培養(yǎng)的實驗，經(jīng)SEM觀察和XRD、FTIR分析表明，鈣磷比越小材料的生物礦化和細胞相容性越好，鈣磷比越大對