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摘 要

含有球霰石的硅酸三钙（称为V-C₃S）骨水泥的性能会受到氧化石墨烯（GO）的影响。氧化石墨烯复合硅酸三钙骨水泥，可以克服硅酸钙基骨水泥的机械​​性能差和细胞活性低的问题。

本文制备和研究了GO/V-C₃S及其特性。通过对复合材料材料性质，矿化和细胞相容性等进行测验，发现GO/V-C₃S具有良好的固化能力，力学性能和较高的可注射性。一般来说，添加了0.04 wt％GO的V-C₃S具有相对最优的抗压强度，孔隙率和较低的pH值，因此效果更好。通过体外浸泡实验可以证明其优异的矿化能力。细胞实验证实了其低细胞毒性和良好的细胞增殖能力。此外，还通过抗菌实验证实了其增强的抗菌性能。这些结果表明，GO/V-C₃S骨水泥是用于生物医学应用的有前途的材料。

关键词：硅酸三钙 氧化石墨烯 骨水泥 生物材料

Graphene oxide modified tricalcium silicate biological bone cement

Abstract

The performance of tricalcite-containing tricalcium silicate (called V-C₃S) bone cement is affected by graphene oxide (GO). Graphene oxide compound tricalcium silicate bone cement can overcome the problems of poor mechanical properties and low cell activity of calcium silicate-based bone cement.

This article prepared and studied GO/V-C₃S and its characteristics. Through testing the properties of composite materials, mineralization and cell compatibility, it was found that GO/V-C3S has good curing ability, mechanical properties and high injectability. Generally speaking, V-C₃S added with 0.04 wt% GO has relatively optimal compressive strength, porosity and lower pH, so the effect is better. The in vitro immersion experiment can prove its excellent mineralization ability. Cell experiments confirmed its low cytotoxicity and good cell proliferation ability. In addition, its enhanced antibacterial properties were confirmed through antibacterial experiments. These results indicate that GO/V- V-C₃S bone cement is a promising material for biomedical applications.

Key words: tricalcium silicate; graphene oxide; bone cement; biomaterials

目录

摘要 I

Abstract II

第一章 目录 III

第一章 简介 4

1.1 骨组织的构成及再生修复材料 5

1.1.1 骨组织的构成 5

1.1.2 骨组织的再生修复及材料 6

1.2 氧化石墨烯改性硅酸三钙生物骨水泥的研究进展 7

1.2.1 硅酸三钙骨水泥的特性 7

1.2.2 氧化石墨烯 8

1.2.3 改性 9

1.3 研究目的与内容 12

1.3.1 研究目的 12

1.3.2 研究内容 12

第二章 实验器材及方法 14

2.1 实验所需原料及实验器材 14

2.2 研究方法 15

2.2.1 制备C₃S和V-C₃S粉末 15

2.2.2 GO / V-C₃S复合材料的制备 16

2.3 GO / V-C₃S复合材料的特性 16

2.4 体外矿化能力 17

2.4.1 体外浸泡测试 17

2.4.2 相组成和结构测试 18

2.5 电池兼容性测试 18

2.5.1 细胞增殖 18

2.5.2 细胞活力 19

2.6 抗菌实验 19

2.7 统计分析 19

第三章 数据分析 21

3.1 材料特性 21

3.1.1 凝固时间和可注射性 21

3.1.3 pH值 23

3.1.4 抗冲洗性能 24

3.2 体外矿化能力 24

3.3 细胞培养 26

3.4 抗菌性能 27

第四章 结果讨论 28

第五章 总结 32

致谢 33

参考文献 34

1. 简介

目前，随着医学的进步和人们需求的增加，骨质改造材料的市场越来越大。不管是自体骨移植还是异体骨移植，都能有效地进行骨修复，但仍然存在着无法回避的问题。自体骨移植不能确保可预测的再生骨量，并且可能引发众多并发症，且供源较少，成本较高。因此，一些人造骨填充物，如生物陶瓷、骨水泥等，已被用于外科手术中，可以预防骨疾病和移植排斥的问题。

骨水泥替代硅酸钙材料的形成和发展主要经历了从传统的生物惰性硅酸钙材料逐渐发展到其他生物活性硅酸钙材料^[1-2]。生物惰性硅酸钙与天然骨组织的无机化学成分相同，而硅酸钙因其优良的性能和硅离子有利于抑制细胞的生长增殖和细胞分化的特性，更是最具有市场竞争力和具有巨大市场潜力的骨替代材料之一^[3,4]。与生物陶瓷材料相比,骨替代水泥的应用可以大大减少手术造成的创伤，因为骨水泥的硬化特性使其在硬化之前就可以直接注入缺损部位^[5,6]。与磷酸钙相比，硅酸三钙（C₃S）作为一种代表性的基质生物骨水泥材料，具有优异的生物化学相容性、生物活性和生物化学降解性。C₃S的水合产物会导致局部pH值的增加，这有助于解决细菌感染问题^[4]。此外，C₃S的降解和内部孔隙有利于新骨的生长。

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