多壁碳納米管-磷酸鈣骨水泥的制備及性能研究.pdf

1、磷酸鈣骨水泥（CalciumPhosphateCement，CPC）在體內(nèi)能自行轉(zhuǎn)化成與硬組織的主要無(wú)機(jī)成分相似的羥基磷灰石（Hydroxyapatite，HA），因此具有良好的生物相容性，但是CPC抗壓強(qiáng)度低、脆性大，常用于顱骨修復(fù)、面部整形和牙齒填充等非承重骨部位，限制了其在臨床上的應(yīng)用。碳納米管（CarbonNanotubes，CNTs）是一種新型一維材料，具有優(yōu)異的力學(xué)性能，常被用作材料增強(qiáng)相;但當(dāng)CNTs用于強(qiáng)化CPC時(shí)，需考

2、察其生物相容性;有研究表明，高純CNTs具有良好的細(xì)胞相容性，這為CNTs強(qiáng)化CPC提供了可能。
　　 本論文主要研究了含多壁碳納米管(Multi-WalledCarbonNanotubes，MWNTs)的CPC復(fù)合材料的制備方法，以及理化性能和細(xì)胞相容性評(píng)價(jià)。由于MWNTs是一種磁響應(yīng)物質(zhì)，具有顯著的磁性能，因此采用靜磁場(chǎng)(StaticMagneticField，SMF)評(píng)價(jià)了其對(duì)含有MWNTs的CPC上成骨細(xì)胞活性的影響。<

3、br>　　 首先采用物理共混法(PhysicalBlending，PB)、化學(xué)共沉淀法(ChemicalCoprecipitation，CC)、仿生浸泡法(BionicImmersion，BI)和化學(xué)氣相沉積法(ChemicalVaporDeposition，CVD)制備MWNTs/HA復(fù)合粉，并以此為固相材料之一，制備了含有MWNTs的CPC材料。
　　 以PB法為基礎(chǔ)制備MWNTs/HA復(fù)合粉時(shí)，深入研究了硅烷偶聯(lián)劑KH-

4、792、十二烷基苯磺酸鈉(SDBS)、十六烷基三甲基溴化銨(CTAB)和聚乙二醇辛基苯基醚（TritonX-100）四種表面活性劑以及KH-792修飾的不同MWNTs含量（0.17wt％、0.425wt％、0.68wt％、1.02wt％和1.53wt％）對(duì)CPC性能的影響。結(jié)果表明，MWNTs對(duì)CPC的物相組成無(wú)影響，但會(huì)減少CPC的凝固時(shí)間，旦隨著MWNTs含量的升高，凝固時(shí)間顯著減少。通過表面活性劑修飾的試樣中，CPC-KH-792

5、的力學(xué)性能最好，其抗壓強(qiáng)度和彈性模量分別提高了41.87％和48.23％;當(dāng)MWNTs含量為0.425wt％時(shí)，CPC的力學(xué)性能最好，且隨著MWNTs的增加，其力學(xué)性能降低。
　　 以CC法為基礎(chǔ)制備MWNTs/HA復(fù)合粉，深入研究了殼聚糖（Chitosan，CS）的加入和不同添加量（0.425wt％、0.85wt％、1.275wt％和1.7wt％）對(duì)CPC性能的影響。結(jié)果表明，CS的加入會(huì)減少CPC的凝固時(shí)間，并降低CPC中H

6、A的結(jié)晶度、抑制HA的生長(zhǎng)。CS對(duì)CPC的力學(xué)性能改善有限，當(dāng)CS的含量為0.85wt％時(shí)，力學(xué)性能較好，僅分別提高了16.67％和23.78％。
　　 以BI法為基礎(chǔ)制備MWNTs/HA復(fù)合粉時(shí)，深入研究了模擬體液(SimulatedBodyFluid，SBF)、加速鈣化液(AcceleratedCalcificationSolution，ACS)和過飽和磷酸鈣溶液(SupersaturatedCalciumPhosphate

7、Solution，SCS)三種不同浸泡介質(zhì)對(duì)CPC性能的影響。結(jié)果表明，MWNTs/HA-SBF復(fù)合粉中既含有HA又有OCP，且MWNTs分散均勻;MWNTs/HA-ACS和MWNTs/HA-SCS復(fù)合粉中僅含少量的HA，且被嚴(yán)重團(tuán)聚的MWNTs所包裹。CPC-SBF中HA的結(jié)晶性最好，在ACS和SCS中浸泡得到的復(fù)合粉會(huì)降低HA的結(jié)晶度、抑制HA生長(zhǎng)和增加CPC孔隙率。采用此法制得的復(fù)合粉對(duì)CPC力學(xué)性能改善有限，其中CPC-SBF的

8、抗壓強(qiáng)度和彈性模量較好，但僅分別提高了18.44％和11.45％，而CPC-ACS和CPC-SCS的力學(xué)性能則明顯低于CPC-Blank，均不及CPC-Blank的一半。
　　 以CVD法為基礎(chǔ)在HA表面原位生長(zhǎng)MWNTs，得到MWNTs/HA復(fù)合粉并研究了其對(duì)CPC性能的影響。結(jié)果表明，在HA上原位合成的MWNTs含量約為9wt％，MWNTs長(zhǎng)度約為1μm，直徑約為50～100nm，MWNTs與HA形成較強(qiáng)的鍵合。此復(fù)合粉對(duì)C

9、PC物相無(wú)影響，但會(huì)降低HA的結(jié)晶度、抑制HA晶體生長(zhǎng)。CPC-CVD抗壓強(qiáng)度和彈性模量?jī)H稍高于CPC-Blank，表明其對(duì)CPC的力學(xué)性能改善有限。
　　 通過體外成骨細(xì)胞培養(yǎng)，研究了不同方法和不同MWNTs含量下制備的CPC樣品的細(xì)胞相容性，同時(shí)也深入比較了外加SMF.的有無(wú)對(duì)成骨細(xì)胞在CPC上增殖、分化活性以及形態(tài)的影響。結(jié)果表明，MWNTs對(duì)成骨細(xì)胞的增殖活性有抑制作用，其中CPC-CVD上的成骨細(xì)胞的增殖活性最弱;并且