造孔剂法制备多孔生物玻璃陶瓷的工艺研究

通过造孔剂法,以溶胶-凝胶法制备的生物玻璃58S和熔融法制备的生物玻璃45S5为原料,以NH4HCO3与淀粉的混合物为造孔剂制备生物玻璃陶瓷。利用XRD和SEM等材料分析测试手段研究了烧成温度、造孔剂添加量、成型压力及45S5的用量对多孔材料显微结构、表面形貌、抗折强度的影响。结果表明:在成型压力20 MPa,造孔剂含量60%,烧成温度800℃及45S5的加入量10%的工艺参数下,制备出抗折强度达到4.5 MPa,孔隙率达到68.74%的珊瑚状结构的多孔生物玻璃陶瓷材料。

影响多孔生物玻璃孔径分布的因素

尝试采用添加造孔剂的方法制备了多孔生物玻璃材料。研究结果表明 :烧结温度和时间、造孔剂的用量及玻璃粉体的粒度等都将影响多孔材料的孔径。

含ZnO多孔生物玻璃骨修复支架的制备及体外性能研究

目的:研究不同含量ZnO取代Al_2O_3对多孔生物玻璃(Bioglass,BG)支架的孔隙率、抗压强度(Compressive Strength,CS)、抗弯强度(Bending Strength,BS)、降解性能及体外矿化活性的影响,为开展新型高强度BG骨修复支架材料的研究和相关产品开发提供一定的理论支持。方法:本实验以铝硅酸盐玻璃为基础,用不同含量的ZnO取代Al_2O_3,采用熔融法制备基础玻璃,然后以聚氨酯海绵为模板,采用有机泡沫浸渍法制备多孔BG支架,分别为A组:不含ZnO的BG支架,B组:含1wt%ZnO的BG支架,C组:含2wt%ZnO的BG支架,D组:含3wt%ZnO的BG支架,并研究不同含量ZnO对多孔BG支架的孔隙率、CS、BS、降解性能及体外矿化活性的影响。孔隙率用阿基米德法测定,CS及BS用万能力学试验机测定,降解性能用多孔BG支架在模拟体液(Simulated Body Fluid,SBF)中的失重进行表征,表面形貌通过扫描电镜(Scanning Electron Microscope,SEM)观察,表面物象组成通过X线衍射分析(X-ray Diffraction,XRD)检测。结果:用不同含量的ZnO取代Al_2O_3后:①A、B、C、D四组孔隙率无统计学差异(P>0.05);②A、B、C、D四组CS逐渐下降,有统计学差异(P<0.05),两两比较,有统计学差异(P<0.05);③A、B、C、D四组BS逐渐下降,有统计学差异(P<0.05),两两比较,有统计学差异(P<0.05);④在SBF中浸泡7d后,A、B、C、D四组的失重比例逐渐增大,有统计学差异(P<0.05),两两比较,A组与B组无统计学差异(P>0.05),其余各组均有统计学差异(P<0.05);⑤在SBF中浸泡7d后,A组、B组无体外矿化活性,D组体外矿化活性优于C组。结论:在本实验中:①ZnO取代Al_2O_3对多孔BG支架的孔隙率影响较小,孔隙率主要受聚氨酯海绵尺寸的影响。②ZnO取代Al_2O_3能增强多孔BG支架的降解性能及体外矿化活性,但是会降低其抗压强度及抗弯强度。

生物玻璃/壳聚糖三维多孔支架的抗感染性能和生物相容性研究

目的研发制备生物玻璃/壳聚糖三维多孔支架(BG/CS),对其生物相容性及抗感染性能进行研究,阐明其抗感染作用的关键因素。方法通过模板法制备多孔生物玻璃(BG)支架,注入壳聚糖乙酸,合成生物玻璃/壳聚糖多孔支架,此后以BG作为对照组,通过场发射扫描电镜(FESEM)观察各组材料的表面形貌和孔结构;接种Balb/c小鼠胚胎成纤维细胞(Balb/c 3T3 cells)于不同材料表面培养,分析其对细胞黏附及增殖的影响;各组支架材料分别与标准菌株ATCC 35984(表皮葡萄球菌)和ATCC 25923(金黄色葡萄球菌)共培养,以复合染料染色,在激光共聚焦显微镜(CLSM)下观察各组支架材料表面活菌和死菌的荧光强度;采用结晶紫染色法,定量分析材料表面细菌生物膜形成情况;进行细菌涂板并计数菌落(CFUs/cm2),测算抑菌效率。结果 BG/CS支架材料表面被覆一层壳聚糖,支架呈多孔结构,孔径较均一(200~400 m);材料细胞共培养4 h,BG/CS和BG表面的黏附细胞数量比较差异无统计学意义;共培养1 d,两组材料表面细胞均可正常黏附和铺展;第1~7 d的增殖过程中,各组材料表面细胞的增殖趋势接近,组间细胞增殖率比较差异无统计学意义;经过8 h细菌与材料共培养,CLSM下观测BG支架表面存在大量的细菌黏附(绿色荧光),BG/CS表面则显示出代表死亡细菌的红色荧光;生物膜定量实验显示在2~5 h,5~8 h,与BG组相比,BG/CS支架则明显抑制了生物膜的形成(P<0.01);共培养12 h,与BG组相比,BG/CS组胰酶大豆琼脂平板(TSA)培养板表面细菌的单克隆菌落数明显较少,表现出较高的抑菌效率(P<0.01)。结论生物玻璃/壳聚糖三维多孔支架(BG/CS)具有较好的体外生物相容性和抗感染性能,有望作为一种应用于骨关节感染预防及治疗的骨修复填充材料。

生物活性玻璃多孔材料的制备及性能研究

采用溶胶-凝胶法制备生物活性玻璃58S及77S;通过熔融法制备生物活性玻璃45S5,分别向上述3种生物活性玻璃粉体以及它们的混合物中添加一定比例的造孔剂,通过一定的烧结工艺制成具有不同组成的生物活性多孔材料,利用体外实验方法结合DTA,SEM及FTIR等材料显微结构及性能研究手段分析比较了各种多孔材料的显微结构、表面形貌、抗折强度及生物活性。研究表明:58S和45S5混合制备的多孔材料是一种具有良好生物活性和生物矿化特性的生物材料,可用于制备骨缺损填充材料和骨组织工程支架。

含氯生物活性玻璃支架的制备及性能研究

目的:研究CaCl_(2)取代CaO对多孔生物活性玻璃(Bioactive glasses,BG)支架的力学性能及生物活性的影响。方法:以含磷玻璃(SiO_(2)-ZnO-CaO-Na_(2)O-P_(2)O_(5)-Si_(3)N_(4))为基础,用不同含量(4 wt%、8 wt%、12 wt%)的CaCl_(2)取代上述CaO,选用熔融法制取基础玻璃,而后以聚氨酯(Polyurethane,PU)海绵为模板,选用有机泡沫浸渍工艺制取含氯的BG支架,测定抗弯强度(Bending strength,BS)、抗压强度(Compressive strength,CS)、降解性能、矿化活性。结果:用CaCl_(2)取代CaO后,C(不含CaCl_(2))、C1(含4 wt%CaCl_(2))、C2(含8 wt%CaCl_(2))、C3(含12 wt%CaCl_(2))四组的CS与BS均逐渐下降,经统计学分析差别有统计学意义(P<0.05),两两比较,结果为六个对比组间均有差异(均P<0.05);C、C1、C2、C3四组在模拟体液浸泡24 h后的失重比递增,经统计学分析差别有统计学意义(P<0.05),两两比较,结果为六个对比组间均有差异(均P<0.05);扫描电镜图片和XRD分析的结果显示,在模拟体液浸泡24 h后,C、C1、C2、C3四组均有矿化活性,且逐渐递增。结论:CaCl_(2)会降低多孔BG支架的力学性能,其质量百分比应控制在12 wt%以下为宜,此外,其还可提高多孔BG支架的生物活性。