论文总字数：24776字

摘 要

目前大面积的骨骼缺陷重建是非常复杂且难以实现，但是超出临界尺寸的骨骼缺陷无法由人体自然再生，必须要手术介入。传统手术采用自体骨（主要是无血管的移植物）或者同种的异体。尽管可能有供体部位产生炎症的风险，但是自体骨移植还是手术的最佳方案。近年来组织再生工程被认为是极有希望的代替方案，即使用生物活性材料代替自体骨进行移植。其中硅酸三钙生物活性骨水泥是一种有效的方案。硅酸三钙骨水泥是将硅酸三钙粉体和固化液按照一定比例混合制成的，这种骨水泥具有良好的生物活性、流动性、可自发凝固且具有稳定的降解速率，在骨缺陷修复方面大有可为。但是，硅酸三钙骨水泥的水化过程会导致Ca(OH)2的产生，引发PH过高，影响植入体周围骨组织的生长。

本课题选择硅酸三钙作为生物骨水泥的主要材料进行实验，本研究中使用碳化处理法，在溶胶凝胶法制得的C₃S经过表面接枝之后形成的A-C₃S粉体的水化过程通入CO₂，使Ca(OH)₂转变为具有生物活性的球霰石，降低水化产生的碱性对植入部位的影响。本实验利用各种聚合物和A-V-C₃S进行复合，来优化硅酸三钙骨水泥的机械性能、可操作性以及生物兼容性能。

关键词：硅酸三钙骨水泥；表面接枝；复合改性；骨支架材料

Surface Modification and Composite Preparation of Tricalcium Silicate Bone Cement

Abstract

At present, the reconstruction of large-area bone defects is very complex and difficult to achieve, but bone defects beyond the critical size cannot be naturally regenerated by the human body and must be surgically intervened. Traditional surgery uses autologous bone (mainly avascular grafts) or allogenic variants. Although there may be a risk of inflammation at the donor site, autologous bone grafting is the best option for surgery. In recent years, tissue regeneration engineering has been considered as a promising alternative to use bioactive materials instead of autologous bone for transplantation. Among them, tricalcium silicate bioactive bone cement is an effective solution. The tricalcium cement is prepared by mixing the tricalcium silicate powder and the solidified liquid in a certain proportion. The bone cement has good biological activity, fluidity, spontaneous solidification and stable degradation rate in the bone. There is a lot to do with defect repair. However, the hydration process of tricalcium bone cement will lead to the production of Ca(OH)₂, which will cause the PH to be too high and affect the growth of bone tissue around the implant.

This study selected tricalcium silicate as the main material of the biological bone cement to carry out experiments. In this study, carbonization treatment was used. The hydration process of the A-C3S powder formed after surface grafting of the C3S prepared by the sol-gel method was performed. Into CO2, Ca(OH)2 is converted into bioactive vaterite, which reduces the effect of alkalinity produced by hydration on the implantation site. In this experiment, various polymers and A-V-C3S were used for compounding to optimize the mechanical properties, operability, and biocompatibility of tricalcium bone cement.

Key Word: Tricalcium silicate bone cement; Surface grafting; Compound modification; Bone scaffold material;

目录

第一章 绪论 1

1.1引言 1

1.2可用于骨传导性支架构建的生物材料 1

1.2.1脱矿骨基质 1

1.2.2聚合物 2

1.2.3可注射生物材料 2

1.2.4金属 3

1.2.5陶瓷 4

1.2.6 硅酸钙系骨水泥 4

1.3 课题的研究方向和研究意义 5

1.3.1课题的主要研究意义 5

1.3.2 研究的主要内容 6

第二章 硅酸钙粉体的制备与水化工艺改进 7

2.1前言 7

2.2材料和方法 7

2.2.1 实验所需原料 7

2.2.2实验过程 8

2.3表征与测试 9

2.3.1 X射线衍射物相分析 9

2.3.2 凝结时间测定 9

2.3.3 机械性能测定 9

2.4 实验结果与论述 9

第三章 CMC/GEL/PEG /A-V-C₃S 复合水泥的理化性质 12

3.1前言 12

3.2材料和实验计划 12

3.2.1实验用原料 12

3.2.2实验仪器 12

3.3测试方法与表征方法 13

3.3.1扫描电子显微镜图像分析 13

3.3.2机械强度和凝结时间 13

3.3.3孔隙率测定实验 13

3.3.4抗溃散测试 13

3.3.5重量损失实验 14

3.3.6不同比例的复合水泥试样浸泡SBF后的pH值变化 14

3.3.7复合水泥可注射性实验 14

3.3.8复合水泥的磷灰石矿化能力检测 14

3.4结果与讨论 14

3.4.1不同比例复合水泥的凝结时间 14

3.4.2 CMC/GEL/PEG/A-V-C₃S复合水泥的重量损失 17

3.4.3 CMC/GEL/PEG/A-V-C₃S骨水泥试样SBF浸泡后的pH值 17

3.4.4 CMC/GEL/PEG/A-V-C₃S骨水泥试样的抗溃散性 18

3.4.5 CMC/GEL/PEG/A-V-C₃S骨水泥试样的可注射性 19

3.4.6 CMC/GEL/PEG A-V-C₃S复合粉体的磷灰石矿化能力 19

第四章 结论与展望 22

4.1结论 22

4.2 展望 22

参考文献 23

第一章 绪论

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