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1 篇 工学
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主题

1 篇 骨修复支架
1 篇 微晶生物玻璃
1 篇 仿生珊瑚多孔结构
1 篇 3d打印
1 篇 增材制造

机构

1 篇 青岛理工大学

作者

1 篇 张克胜

语言

1 篇 中文

检索条件"主题词=仿生珊瑚多孔结构"

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详细简洁

排序：

仿生珊瑚微晶生物玻璃骨修复支架的制备、结构与性能研究

仿生珊瑚微晶生物玻璃骨修复支架的制备、结构与性能研究

引用

作者：张克胜青岛理工大学

学位级别：硕士

45S5生物活性玻璃（BG）具有优异的生物活性、生物相容性、可降解性、骨传导性和骨诱导性,但降解速度快,与骨再生速率不匹配,并且力学性能较差,在临床中多以颗粒、涂层和多孔块体用于四肢、脊椎和口腔颅颌面非承重和腔隙性骨缺损,小尺... 详细信息

45S5生物活性玻璃（BG）具有优异的生物活性、生物相容性、可降解性、骨传导性和骨诱导性,但降解速度快,与骨再生速率不匹配,并且力学性能较差,在临床中多以颗粒、涂层和多孔块体用于四肢、脊椎和口腔颅颌面非承重和腔隙性骨缺损,小尺寸、包容性和非承重骨缺损填充修复,需要与骨科内固定器械（提供力学支撑和固定）联合使用,在大尺寸骨缺损再生修复方面的应用受到较大限制。研究显示,通过高温烧结微晶化,可以显著降低降解速率,提高成骨性能和力学性能。此外,大自然中存在许多高强度的天然多孔生物材料,例如珊瑚、莲藕、螃蟹壳、竹子、骨骼、椰壳和蜂窝等,通过形成特殊形态的多孔结构,使其具有优异的综合力学性能。其中珊瑚具有独特的三维多孔结构,其比强度高于一般人工合成的多孔生物陶瓷/玻璃材料,研究表明由珊瑚制备的人工骨具有相似或优于人体松质骨的机械性能。通过高温烧结微晶化,并将珊瑚的多孔结构引入到生物玻璃骨修复支架,是提高其力学性能和生物学性能的可行技术途径。本研究提出以天然球状珊瑚的有序多级多孔结构为仿生原型,采用数字光处理（DLP）增材制造（3D打印）技术制备微晶生物玻璃（MCBG）仿生多孔骨修复支架,并表征其宏微观结构、力学性能、生物学性能和体内成骨性能。主要研究结果总结如下。（1）获得了适合于制备仿生珊瑚MCBG多孔支架的DLP工艺参数和脱脂-烧结温度制度,最佳曝光时间、曝光强度和切片层厚分别为3s、4.5m W/cm2和50μm。成功制备了仿生珊瑚MCBG多孔支架生坯试样,经脱脂烧结后,支架都保持了较好形态结构完整性,未发现非均匀收缩导致的变形,获得了高度仿生天然球状珊瑚多孔结构,孔隙之间三维连通,一级、二级和三级孔筋之间相互连接紧密,未出现裂纹等缺陷。（2）五个温度下烧结的支架都发生了结晶,由烧结前的非晶态转变为烧结后的结晶态,支架结晶后的主晶相均为Na2Ca2Si3O9。晶粒均匀分布,呈类圆形,尺寸小于10μm。随烧结温度的升高,MCBG支架的收缩率和相对密度逐渐增大,孔隙率和孔径逐渐减小,相对密度最大为96.2%,烧结后支架的孔隙率在50%-75%之间,均在人体松质骨的孔隙率范围内,平均孔径在478-998μm之间,二级微孔尺寸小于10μm,制备的MCBG多孔支架的孔隙率和孔径符合骨组织生长要求。（3）仿生珊瑚MCBG多孔支架的抗压强度和弹性模量随烧结温度的升高而逐渐增加,随孔隙率升高而逐渐降低。抗压强度和弹性模量最大分别为22.3±1.1MPa和5.5±0.3GPa。支架的压缩力学性能与天然球状珊瑚接近,具有各向异性的特征。其抗压强度和弹性模量比传统造孔剂法制备的MCBG多孔支架分别提高约3倍和5倍。（4）仿生珊瑚MCBG多孔支架的生物活性和降解速率随烧结温度的升高有所减弱。MCBG多孔支架在SBF溶液中反应7天时均有HCA层的形成,证明了不同温度下烧结的支架均具有良好的生物活性。对比传统造孔剂法制备的MCBG多孔支架,毛细吸附实验表明,仿生珊瑚MCBG多孔支架表现出更好的毛细吸附能力和更高的渗透性,有利于细胞和血液传输,进而提高骨再生能力。（5）1000℃下烧结的MCBG生物学测试结果表明其没有细胞毒性反应,具有良好的生物相容性;植入大鼠体内的实验结果表明其有良好的骨传导性、可降解性和骨再生能力。综上所述,DLP工艺制备的仿生珊瑚MCBG多孔支架具有可控三维连通的多孔结构和孔径大小以及与人体松质骨相匹配的孔隙率和力学性能,同时还能保持生物活性。可为骨组织工程开发仿生多孔支架提供参考和借鉴。

关键词：仿生珊瑚多孔结构增材制造 3D打印骨修复支架微晶生物玻璃

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