摘 要

实验选取原料包括HA粉体、HA晶须、生物玻璃、聚丙烯酸钠、纤维素和不同的成孔剂。利用冷冻干燥法添加不同含量的H₂O₂、C粉和叔丁醇作为成孔剂制备样品，探究成孔剂种类和含量对多孔生物材料的结构和性能的影响；同时选取10%、20%、30%和40%的固含量制备相应样品，探究固含量对多孔生物材料结构和性能的影响。

结果表明H₂O₂作为成孔剂制备出样品性能最优异。添加10%含量H₂O₂制备样品具有高孔隙率，且有均匀孔径分布、良好气孔形貌和规则的互相连通的孔道结构。固含量以20%到30%最佳，30%固含量样品相对前者孔径减小，但抗压强度大幅度提高。

本文相对目前研究的单一溶剂制备多孔HA支架材料，添加不同的成孔剂，使得制备样品孔道具有更好连通性，得到具备更高孔隙率、气孔形貌和孔径分布良好的多孔支架材料，且这种支架材料具有较好力学性能。

关键词：多孔HA支架材料 冷冻干燥法 成孔剂 固含量

Abstract

The raw material of the experiment inclues hydroxyapatite(HA) powers, HA whiskers,bioglass, sodium polyacrylate, cellulose and various porogens.The samples are prepared with the addition of different content of porogens including hydrogen peroxide(H2O2),carben powders(C) and tert butyl alcohol(TBA),by a freeze casting method,which aims to probe the influence of porogens’s species and content to the structure and characterization of porous biomaterial;meanwhile,the solid concentrati-

on is choose as 10% , 20% , 30% and 40% respective to fabricate the green bodies,which is to explore the influence of solid concentration to the structure and characterization of the porous biomaterials.

The result indicates that the samples with porogen H₂O₂ have the most outstanding performance.The sample fabricated with 10% H₂O₂ has high porosity,uniform pore size distribution,good pore morphology and regular interconnected pore channels.The most appropriate solid content should vary from 20% to 30%,and the green bodies with 30% solid content have smaller pore size but much stronger compressive strength.

This paper shows that the samples prepared with the addition of different porogens usually have better connectivity,higher porosity,better pore morphology and more uniform pore size distribution,especially possess good mechanical property compared with the former.

Key words:porous HA support biomaterial；freeze casting；porogen；solid content

目录

摘 要 I

Abstract II

第一章 绪论 1

1.1 骨组织支架材料 1

1.2 多孔羟基磷灰石生物陶瓷 2

1.2.1 多孔HA生物陶瓷的特性 2

1.2.2 多孔HA生物材料的制备方法 3

1.3 课题研究意义和内容 4

1.3.1 课题研究意义 4

1.3.2 课题研究内容 5

第二章 实验 6

2.1 实验仪器及试剂 6

2.1.1 实验仪器 6

2.1.2 实验试剂 6

2.2 HA粉体的制备 7

2.3 HA晶须的制备 8

2.4 生物玻璃的制备 8

2.5多孔羟基磷灰石的制备 9

第三章 实验结果与分析 11

3.1 HA粉体物相及粒径分析 11

3.1.1 HA粉体的物相分析 11

3.1.2 HA粉体粒径 12

3.2 玻璃粉粒径分析 12

3.3 HA晶须微观形貌分析 13

3.4 成孔剂对多孔HA的结构和性能的影响 13

3.4.1 H₂O₂对于多孔HA结构和性能的影响 13

3.4.2 无机成孔剂C粉对多孔HA材料结构和性能的影响 16

3.4.3 有机成孔剂叔丁醇对多孔HA材料的结构和性能的影响 18

3.5 固含量对于多孔HA结构和性能的影响 21

3.5.1多孔HA材料微观形貌分析 21

3.5.2 多孔HA材料收缩率 24

3.5.3 多孔HA材料的容重 25

3.5.4 多孔HA材料抗压强度 25

第四章 结论 27

第五章 致谢 28

参考文献 29

第一章 绪论

1.1 骨组织支架材料

长久以来，骨科临床上最大的难题之一就是骨缺损的治疗，直到近几十年组织工程技术的飞速发展才为骨缺损的治疗提供了一种行之有效的治疗方法 。骨组织工程^[1]是将培养的成骨细胞转移至生物支架材料上经体外培养形成矿化骨的一种技术方法 。其基本原理是取良好活性骨细胞于体外培养,然后将该细胞移植到立体网状支架材料上,支架材料必须保证良好生物相容性以及生物降解性，最后将体外培养细胞和支架形成的复合体系植入骨缺损部位或在体外继续培养,使骨细胞经增殖、分化、分泌细胞外基质形成矿化骨组织 ,附着在支架上的骨组织随着支架的缓慢降解代替支架支撑骨结构,最终达到修复骨缺损 、重建骨功能的目的。支架材料( 3D matrix) 、种子细胞( Cells) 、信号因子( Signaling molecules ,例如骨生长因子)，以上是骨组织工程包含的3 要素。其中最要的影响因素之一就是支架材料：作为直接影响骨细胞的生物学特性的骨组织再生框架,对细胞的增殖、迁移、生存和代谢等功能也有着强烈影响作用。目前，生物衍生材料、高分子材料和无机材料是骨组织工程材料最主要的三种支架材料。

天然衍生材料主要有以下几类: ①天然骨：能使骨细胞强化黏附、增殖及分化成骨组织，但其分化骨组织免疫原性能较差导致其传较易播疾病且成型骨组织力学性能差。朱肖奇等^[2]用天然衍生骨形成复合骨诱导的骨髓间充质干细胞修复兔桡骨节段性骨缺损，结果表明诱导的干细胞具备成骨细胞的特性，8周支架材料几乎完全降解，12周骨缺损将近完全修复，衍生骨加速了骨缺损的修复。 ②天然高分子聚合物：如几丁质、胶原、藻酸盐等，加强细胞黏附、 增殖并分泌基质， 良好的生物相容性都是这类材料的优点，但其缺点也很明显，不易大规模生产并缺乏强度。③珊瑚骨：具有良好的骨传导性能，但不具备骨诱导作用、难以加工，并且力学性能较低。