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多孔羟基磷灰石生物陶瓷,是一种性能优异的人体硬组织修复材料。本文采用聚氨酯泡沫浸渍法,添加生物玻璃(BG)作助烧剂制备多孔羟基磷灰石陶瓷。研究了陶瓷浆料的流变性及不同玻璃添加量对多孔羟基磷灰石生物陶瓷机械强度、孔隙率的影响,并讨论了多孔材料在模拟体液中的生物活性。通过分析聚氨酯泡沫的TG-DSC曲线制定烧结工艺,采用SEM观察表面形貌,利用XRD分析物相成分。
研究表明,本试验制备的陶瓷浆料的绝对粘度随剪切速率的增加而明显降低,浆料的非牛顿行为显著。A-9300分散剂加入量对浆料的流变性有显著的影响。随着分散剂含量的增大,浆料的粘度先减小,达到最低粘度后,又呈上升趋势。分散剂含量为0.25﹪时,可有效地改善浆料的流动性,满足浸渍成型工艺的要求。
多孔陶瓷中加入BG后,可通过液相烧结降低界面能,提高烧结动力学,使多孔试样在1250℃烧成。不同含量的BG的加入可将多孔HA试样的孔隙率提高至70以上,使试样体内孔隙间能相互贯通,有利于新骨长入。当BG加入量为6wt﹪时,产生的适量液相起到抑制HA晶粒长大作用;冷却过程中,玻璃相有在晶界附近富集的倾向,可减少晶界上的内应力,降低系统的能量,使多孔陶瓷的强度达到最大值2.307Mpa。加入生物玻璃后的烧结体,其主晶相仍为羟基磷灰石相,保持了多孔材料的生物活性。
模拟体液浸泡试验表明,多孔HA、多孔HA-BG表面均可形成缺钙的含碳酸根的类骨磷灰石,说明两种材料均具有较好的形成类骨磷灰石的能力。表面类骨磷灰石形成均是溶解、沉积、离子交换的过程,其中钙磷离子的浓度是影响材料表面类骨磷灰石层的形成的关键因素。多孔HA-BG在SBF的浸泡过程中,存在着生物玻璃中的Na+、K+、等离子交换和Si的渗出,这些过程会减弱HA的稳定性,促进Ca2+的溶解,故多孔HA-BG具有比多孔HA较快的溶解速率。
采用有机泡沫浸渍法制备的多孔羟基磷灰石陶瓷具有均匀的开孔结构,且孔隙相互贯通,孔径分布范围200μm-400μm,孔隙率达到70﹪,孔壁上分布着丰富的由HA颗粒堆积形成的微孔。多孔体呈网状结构,类似于生物活体松质骨构架,有利于纤维组织和骨组织的长入,作为骨组织工程支架材料具有广泛的应用前景。