骨骼是人体主要用于承受外力的器官,对人们的健康生活起着重要的作用。近年来疾病以及交通事故所引起的骨缺损的病人人数不断增多,目前常用的治疗方法是植入骨修复材料填充。β-磷酸三钙(β-TCP)作为骨替代材料已经得到了广泛的研究。但是β-TCP的成型性能与生物活性都较差。磷酸八钙(Ca8(HPO4)2(PO4)·5H20,OCP)具有优异的骨传导特性与生物活性,与组织无刺激和排斥作用。Sr作为人体必需的一种微量元素,能够有效减弱破骨细胞对人体的影响,同时促进细胞的成骨能力,还能增强材料的机械性能。因此,本课题将β-TCP与OCP复合,通过OCP来改善β-TCP的成型性能、生物活性与成骨性能,再通过掺杂Sr来进一步增强材料的力学与生物学性能,制备了一种新型复合生物材料。具体内容如下:(1)采用化学共沉淀法制备了纯的β-TCP、不同Sr掺杂量的β-TCP与OCP粉体。XRD的分析结果表明我们制备了结晶性好、纯度高的粉体。溶液的pH、反应温度与离子浓度对OCP的合成具有显著的影响。pH=4.5、温度为75℃C以及离子浓度为0.08 mol/L是OCP合成的最佳条件。Sr的掺杂使Sr2+代替了β-TCP晶格中的Ca2+,造成晶格畸变,使衍射峰的位置整体向低角度偏移。FTIR分析结果表明Sr掺杂使β-TCP峰强度都明显减弱,且向着低波数移动。SEM与TEM分析结果表明,β-TCP呈现出颗粒状,OCP呈现出薄片状。纳米粒度分析结果表明,β-TCP粉体平均粒径在300 nm左右。OCP粉体平均粒径在280 nm左右,Sr的掺杂能够使粒径些许增大。比表面积测试结果表明,OCP的比表面积是β-TCP的2倍还要多。这是由两者的密度不同所造成的。且Sr的掺杂使β-TCP的比表面积呈下降的趋势。(2)采用先冷压成型,再冷等静压成型的方式制备了不同Sr含量的β-TCP/OCP复合材料。不同Sr掺杂量复合材料的表面形貌SEM结果表明未掺杂Sr的β-TCP颗粒保留了颗粒状的形态,而随着Sr含量的增加,颗粒状的β-TCP变得越来越扁。在抗压强度测试中,随着成型压力的增加,材料的抗压强度也随之提高。一般来说,随着OCP含量的增加,材料的强度也增加。在气孔率测试中,材料的气孔率规律与抗压强度呈现的正好相反。在80 MPa成型压力下,β-TCP:OCP=7:3材料的气孔率为45%左右,抗压强度也大于40 MPa,拥有最佳的综合性能。Sr的掺杂能够提升材料的强度,降低材料的气孔率。方差分析表明不同成型比例、不同成型压力与Sr的掺杂都对抗压强度与气孔率产生了显著性影响。(3)研究了蒸汽水热工艺对复合材料形貌与性能的影响。研究发现,OCP由最初的片状开始长大,逐渐变得宽厚,最后变成了长方体状。β-TCP由颗粒状转变成纤维状,在195℃处理下变成了短棒状。当蒸汽时间超过8 h时,形成了不规则的多面体块状。综合而言,在195℃下蒸汽水热4 h拥有最佳的形貌与性能。同时研究了煅烧处理工艺对复合材料形貌与性能的影响。煅烧处理后,OCP都转变成了β-TCP。复合材料的抗压强度略低于纯β-TCP材料,但大大高于纯OCP材料的强度。所有材料的气孔率由于煅烧使其致密化,都未超过40%。方差分析表明煅烧温度对材料的抗压强度与气孔率均产生了显著性影响。(4)体外降解试验表明复合材料表面能够沉积一层类骨物质HA。且OCP的诱导类骨物质HA的生成的能力明显强于β-TCP。Sr的掺杂能够增加沉积类骨物质,但会抑制β-TCP的降解。生物学实验表明Sr的掺杂能够显著提高材料的生物相容性与成骨能力,其中3%Sr组的生物学性能最好,高浓度的Sr反而会降低材料的生物学性能。在方差分析中,不同成型比例、降解时间以及Sr的掺杂都对降解后的质量变化与pH变化产生了显著性影响,Sr的掺杂与培养时间对细胞增殖与成骨相关基因的表达产生了显著性影响。