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《磷酸鈣基骨修復(fù)材料的仿生制備及其3D打印的研究》由會(huì)員上傳分享，免費(fèi)在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在學(xué)術(shù)論文-天天文庫(kù)。
1、國(guó)內(nèi)圖書分類號(hào)：TB321密級(jí)：公開國(guó)際圖書分類號(hào)：546.1西南交通大學(xué)研究生學(xué)位論文磷酸鈣基骨修復(fù)材料的仿生制備及其3D打印的研究年級(jí)二零一五級(jí)姓名劉瑋瑋申請(qǐng)學(xué)位級(jí)別工程碩士專業(yè)材料工程指導(dǎo)老師屈樹新教授二零一八年五月ClassifiedIndex:TB321U.D.C:546.1SouthwestJiaotongUniversityMasterDegreeThesisSTUDYONBIOMIMETICPREPARATIONOFCALCIUMPHOSPHATEBASEDBONEREPAIRM
2、ATERIALANDITS3DPRINTINGGrade:Postgraduate2018Candidate:WeiweiLiuAcademicDegreeAppliedfor:MasterDegreeSpeciality:MaterialsEngineeringSupervisor:ProfessorShuxinQuMay,2018西南交通大學(xué)碩士研究生學(xué)位論文第I頁(yè)摘要磷酸鈣骨水泥由于優(yōu)良的生物相容性、骨傳導(dǎo)與骨誘導(dǎo)性，可作為骨修復(fù)材料。傳統(tǒng)方法合成的磷酸鈣(CaP)粉末雖然成分與自然骨組成
3、大體相同，但缺少自然骨的有機(jī)成分，因此仿生制備CaP引起廣泛關(guān)注。三維(3D)打印是研究與商業(yè)領(lǐng)域熱點(diǎn)之一，在骨修復(fù)領(lǐng)域主要的研究和應(yīng)用方向是采用3D打印技術(shù)個(gè)性化定制精細(xì)結(jié)構(gòu)的骨修復(fù)植入物，但是3D打印對(duì)打印“墨水”的注射性與凝固性要求較高，而現(xiàn)有研究的CaP打印“墨水”的可打印性較差，無(wú)法滿足3D打印CaP的要求。利用機(jī)械活化法對(duì)仿生制備的CaP粉末行機(jī)械活化處理，其原理是固體顆粒物質(zhì)在機(jī)械力的作用下，改變晶體結(jié)構(gòu)及固體顆粒的物化性能，并產(chǎn)生裂紋與各種缺陷，從而提高其注射性和反應(yīng)活性。因此，
4、本論文通過(guò)仿生制備CaP粉末，采用機(jī)械活化，結(jié)合3D打印技術(shù)，研制可打印的仿生CaP打印“墨水”。(文中粉末或支架簡(jiǎn)寫：Gel在DCPD(二水磷酸氫鈣)或CaP前表示在固相中加入，Gel在CaP后表示在固化液中加入，M表示機(jī)械活化)采用磷酸氫二銨與四水硝酸鈣為原料，以明膠(Gelatin,Gel)為有機(jī)模板，濕法合成仿生二水磷酸氫鈣-明膠(Gel-DCPD)粉末。采用磷酸鈣骨水泥BiocementD的配方，制備Gel-CaP粉末，機(jī)械活化(乙醇溶液濕磨)后得Gel-MCaP粉末。配制明膠水溶液作
5、為固化液，以不同的固液比調(diào)制成3D打印“墨水”。利用X射線衍射儀(XRD)、傅立葉紅外光譜分析儀(FTIR)、熱重分析儀(TGA)、萬(wàn)能力學(xué)試驗(yàn)機(jī)與Gilmore雙針?lè)ǚ謩e表征仿生Gel-DCPD、Gel-CaP粉末和CaP支架的性能；四組支架(MCaP-RO、MCaP-2.4%Gel、60%Gel-MCaP-RO與60%Gel-MCaP-2%Gel)放置模擬體液中進(jìn)行體外降解實(shí)驗(yàn)，研究四種仿生CaP支架的水化動(dòng)力學(xué)和體外降解機(jī)理；研究粉末的不同粒徑對(duì)CaP“墨水”打印性的影響；將不同粒徑的3D
6、打印仿生60%Gel-CaP支架與人骨肉瘤細(xì)胞(MG-63)共培養(yǎng)，評(píng)價(jià)3D打印不同粒徑60%Gel-CaP-2%Gel支架對(duì)MG-63細(xì)胞生長(zhǎng)的影響。仿生制備CaP粉末的XRD結(jié)果表明，明膠的加入未改變DCPD的物相組成；紅2+外圖譜結(jié)果表明明膠的羥基與羧基和DCPD中的Ca發(fā)生化學(xué)鍵合；TGA結(jié)果表明60%Gel-DCPD中明膠的含量?jī)H為13wt.%，經(jīng)過(guò)核算60%Gel-CaP粉末中明膠的含量為3.3wt.%；CaP粉末機(jī)械活化時(shí)間10h后的粒徑基本趨于穩(wěn)定，為2.2±0.4μm；西南交通
7、大學(xué)碩士研究生學(xué)位論文第II頁(yè)明膠作為固化液可明顯提高CaP漿料的注射性，縮短凝固時(shí)間，但降低CaP支架的抗壓強(qiáng)度。綜上研制出滿足3D打印CaP“墨水”的配方：機(jī)械活化10h后60%Gel-CaP粉末為固相，2wt.%明膠的水溶液為固化液，固液比為0.7g/mL，其漿料的注射率為86.0±3.0%，抗壓強(qiáng)度為2.1±0.1MPa。并利用3D打印機(jī)打印出九宮格圖形(邊長(zhǎng)為30mm，小方格邊長(zhǎng)為5mm)，該配方可作為3D打印“墨水”。水化動(dòng)力學(xué)與降解實(shí)驗(yàn)研究表明，在固相中加入明膠的CaP粉末(60%
8、Gel-MCaP-RO與60%Gel-MCaP-2%Gel支架)水化過(guò)程中更易向羥基磷灰石轉(zhuǎn)化，且沒(méi)有產(chǎn)生中間產(chǎn)物磷酸八鈣。通過(guò)擬合計(jì)算得出四種支架的水化動(dòng)力學(xué)原理：前期由水分子擴(kuò)散控制，后期由粉末表面溶解控制。四種仿生CaP支架降解的pH值呈先上升后下降，其失重?fù)p失與孔隙率均持續(xù)上升，而抗壓強(qiáng)度則不斷降低。不同粒徑對(duì)60%Gel-MCaP-2%Gel+10%CA(檸檬酸，Citricacid)的3D打印性的研究結(jié)果表明，粒徑越小，越有利于漿料的注射，機(jī)械活化10h后漿料的注射率可達(dá)93.0±3
