羟基磷灰石接枝聚己内酯复合生物材料的制备与研究
利用正交实验法探讨常压下制备纳米针状羟基磷灰石(HA)晶体。傅立叶红外(FTIR)、X射线衍射(XRD)及透射电镜(TEM)分析了HA的结构和形貌。讨论了前驱体的浓度、pH值(当pH>10时)、分散剂N,N-二甲基甲酰胺(DMF)含量及反应搅拌速度对羟基磷灰石晶体形貌及尺寸的影响。结果表明：在合成条件变化很宽的范围内，可以制得纯度高、分散性好的纳米级针状HA晶体。这种纳米针状HA晶体与自然骨中的HA晶体在组成、结构、结晶度和形貌方面有十分相似之处。另外，正交分析表明分散剂含量及前驱体的浓度对制备纳米级针状HA晶体的长度影响较为显著，而HA晶体的长径比受搅拌速度和pH值影响较大。通过对各影响因子的综合分析，得到了在本实验讨论范围内，合成与自然骨中的HA相似的纳米针状HA品体的最佳条件，即前驱体 (Ca(NO<,3>)<,2>溶液)浓度为0.60mol/l、反应体系的pH值为12.0、反应时分散剂 (DMF)的含量为28v％、反应搅拌速度为300转/min。 通过本实验室合成的和从天然生物中提取的针状纳米羟基磷灰石的OH引发ε-己内酯(ε-CL)开环聚合，制备HA-PCL合生物材料，考察HA对PCL结晶行为的影响，并对其力学性能进行了分析。FTIR、XRD及DSC研究显示HA-PCL体系中的PCL比纯PCL呈现低的结晶度，PCL的结晶受到了限制，但HA含量的变化对PCL的结晶度和结晶晶型的影响不明显。HA-PCL复合材料的结晶温度和熔融温度测试结果表明：随着HA含量的增加，HA对PCL的结晶成核促进作用先增大，当HA含量增至5wt％之后，HA对PCL的成核促进作用相对降低；PLM分析表明同等温度下PCL晶粒尺寸随着HA含量的增加先减小，后又逐渐增大(HA含量>5wt％)。另外，除HA含量为1wt％的HA-PCL体系中的PCL可以在45℃形成明显的消光黑十字球晶之外，其它样品在本实验所给的结晶温度范围内均不出现消光黑十字球晶，而只能形成细小的晶粒。由HA-PCL复合生物材料的TEM、SEM和分子量可知，在HA-PCL体系中，由于未经表面改性的HA在己内酯单体中分散比较困难，造成HA分散不均而产生团聚，尤其在HA含量较高的HA-PCL体系中，HA团聚现象严重。而HA-PCL复合生物材料的力学性能分析表明，由HA的OH引发ε-CL聚合而生成的HA-PCL复合生物材料的综合力学性能纯PCL都有较大的提高，尤其在韧性方面。研究表明只要反应时间充足且HA-PCL复合生物材料的粘均分子量达到40000以上，HA-PCL复合生物材料的断裂伸长率都明显提高，最高可达700％，而HA含量较高(>10wt％)的HA-PCL复合生物材料由于HA团聚现象严重，而使之韧性下降。另外，对HA-PCL复合生物材料的压缩试验测试表明，HA的加入，极大地提高了HA-PCL复合生物材料的压缩强度，使之完全达到了自然骨的压缩强度。 结合HA-PCL复合生物材料的热学性能和力学性能的分析，HA与PCL之间存在化学键作用力，HA的加入明显影响了PCL的结晶能力，导致PCL结晶度下降，PCL相只能形成细小的晶粒；而结晶度的下降，给与了HA-PCL复合生物材料很好的韧性，但由于纳米HA的团聚，使得高含量HA的HA-PCL复合生物材料的韧性有所下降。因此，在充足的反应时间和良好的HA分散情况下，HA含量在1wt％-7wt％范围内的HA-PCL复合生物材料均有较好的热性能和综合力学性能，即本实验合成的HA-PCL复合生物材料有望在枝骨的修复和替代方面有一定的应用价值。
- 作者：
- 刘晓荣
- 学位授予单位：
- 安徽大学
- 专业名称：
- 高分子化学与物理
- 授予学位：
- 硕士
- 学位年度：
- 2007年
- 导师姓名：
- 黄毅萍
- 中图分类号：
- TQ316.343；R318.08
- 关键词：
- 羟基磷灰石晶体；水热合成；接枝聚合；复合生物材料；力学性能
- hydroxyapatite；hydrothermal synthesize；graft；biomaterials