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【6h】

羟基磷灰石的制备及羟基磷灰石/壳聚糖复合物性能研究

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第1章绪 论

1.1硬组织替代材料的研究进展

1.2羟基磷灰石

1.2.1羟基磷灰石的物理化学性质以及晶体结构

1.2.2羟基磷灰石生物性能

1.2.3纳米羟基磷灰石制备方法

1.3复合材料羟基磷灰石/壳聚糖(HA/CS)

1.3.1复合材料HA/CS的提出

1.3.2壳聚糖

1.3.3复合材料研究进展

1.4骨组织矿化

1.5蛋白质吸附机制

1.6研究方法

1.6.1压电石英晶体阻抗技术

1.6.2电化学交流阻抗方法

1.6.3循环伏安法

1.7选题背景和本文构想

第2章电沉积制备羟基磷灰石以及碱处理动力学研究

2.1前言

2.2实验部分

2.2.1试验药品

2.2.2实验仪器

2.2.3试验方法

2.3结果与讨论

2.3.1电沉积

2.3.2碱浸过程PQCI分析

2.3.3碱处理过程中扫描电镜分析

2.3.4碱处理过程中红外表征

2.3.5碱处理过程中X-射线衍射分析

2.4结论

第3章羟基磷灰石/壳聚糖在模拟体液中矿化研究

3.1前言

3.2实验部分

3.2.1试验药品

3.2.2实验仪器

3.2.3实验方法

3.3结果与讨论

3.3.1不同配比时HA/CS复合材料的频率响应

3.3.2 HA/CS复合材料矿化过程PQCI监测

3.3.3电化学阻抗分析

3.3.4循环伏安分析

3.3.5扫描电镜表征材料矿化不同阶段的形貌

3.3.6红外光谱分析

3.3.7动力学研究

3.4结 论

第4章羟基磷灰石/壳聚糖对蛋白质的吸附研究

4.1前言

4.2实验部分

4.2.1实验药品

4.2.2实验仪器

4.2.3试验方法

4.3结果与讨论

4.3.1压电石英阻抗分析

4.3.2循环伏安和电化学阻抗谱的分析

4.3.3红外光谱分析

4.4小结

结 论

参考文献

附录A攻读学位期间所发表的学术论文目录

致 谢

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摘要

羟基磷灰石(hydroxyapatite,简称HA)是自然骨无机成分的主要部分,具有良好的生物相容性和生物活性,以及骨传导性。但是纯HA力学性能较差,强度较低,难以承受负荷或冲击,因而限制了其在人体重骨组织修复的应用。为了解决这个问题,提高HA的力学性能来满足材料成型要求,使其在临床上有更广泛的应用,本论文把HA与壳聚糖(chitosan,CS)结合制备成复合材料并对其性能作了初步的探讨。 (1)电沉积法制备HA的研究。首先在压电石英晶振(Piezoelectric quartz crystal,简称PQC)表面电沉积制备磷酸钙盐。同时采用电化学石英晶体微天平(EQCM)监测不同电流密度下电沉积过程,结果表明:晶体表面沉积的膜层质量和表面致密程度受电流密度的影响,并且确定了最适合的电流密度为0.6mA/c㎡。随后采用压电石英阻抗技术(Piezoelectric quartz crystal impedance,PQCI)在线检测电沉积产物磷酸钙盐在0.1mol.l-1氢氧化钠溶液中的碱处理过程。分析表明,HA的最终形成包括3个过程,酸性磷酸钙盐的溶解,相转换过程,以及HA的最终形成。并运用非线性回归方法获得静态电容(Cs)曲线的拟合方程,求得相应的参数。最后,采用扫描电镜(SEM)、红外光谱(FTIR)和X-射线衍射(XRD)对碱处理3个阶段中晶体微观形貌、组成和结构的变化进行进一步分析。 (2)羟基磷灰石/壳聚糖复合材料(HA/CS)在模拟体液中矿化行为的研究。采用PQCI在线监测不同质量配比复合材料的矿化过程,结果表明:HA/CS在模拟体液中的矿化过程导致石英晶体传感器频率显著降低,当复合材料中HA与CS的质量配比为6:4时,矿化能力最强。PQCI实时在线监测所得的频率(f)、动态电阻(Rm)、动态电感(Lm)、动态电容(Cm)和静态电容(Cs)等参数的变化可用于评价矿化过程中HA/CS复合材料的微观变化。根据矿化过程中频率与动态电阻的变化可将HA/CS在模拟体液中的矿化过程分成3个阶段,并获得各阶段的动力学方程。此研究方法为骨组织工程材料的制备提供一种新的实时监测技术。同时采用电化学阻抗法(EIS)和循环伏安法(CV)法研究膜层矿化前后的变化,应用FTIR以及SEM对矿化过程中膜层的组成和形貌进行表征。 (3)人血清白蛋白(HSA)和卵清白蛋白(OVA)在HA/CS复合材料上吸附行为的研究。采用PQCI法对两种蛋白质吸附过程进行在线检测,分析参数△f、△Rm的变化趋势,并分别对其进行线性拟合。结果发现HSA吸附过程分两个阶段:首先是HSA在材料上的吸附,然后是吸附在材料表面的HSA进一步重排,并且吸附速度大于重排的速度。而OVA仅仅吸附在材料表面没有重排过程。同时拟合值分析表明:HSA在复合材料表面吸附的量比OVA吸附的量多;吸附了HSA的膜层比吸附了OVA膜层致密度更好。采用FTIR表征复合材料HA/CS吸附蛋白质前后的组成变化。通过EIS和CV研究人血清白蛋白吸附前后的膜层阻抗变化,证实材料表面蛋白质的吸附行为。

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