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本论文根据以往研究结果中的不足,在镁硅体系中针对硅酸镁粉体和陶瓷的制备及其性能进行了研究。在硅酸镁材料研究的基础上,采用硅酸钙和硅酸镁粉体烧结形成复合生物陶瓷,开展了不同组分和性能关系的研究。然后以镁黄长石组分,研究不同相组成对性能的影响,获得了以下的结果:
1、采用硅酸镁粉体以无压烧结方法在1400℃制备获得了斜顽火灰石相硅酸镁陶瓷。结果显示5小时烧结的硅酸镁陶瓷的相对密度、抗弯强度和杨氏模量分别为82.84％、31.78MPa和8.51GPa。采用放电等离子体烧结方法,提高了硅酸镁陶瓷的抗弯强度和杨氏模量,分别达到无压烧结陶瓷的8.9倍和6.9倍。
2、经模拟体液浸泡实验显示,硅酸镁陶瓷不具备诱导类骨磷灰石的形成。但硅酸镁陶瓷在Tris-HCl溶液浸泡实验中显示具有一定的降解性。
3、L929小鼠成纤维细胞在硅酸镁粉体的浸提液中表现出良好的细胞增殖效果。大鼠胚胎基质干细胞能够在硅酸镁陶瓷表面形成良好的贴附,4天增殖数量明显高于传统羟基磷灰石陶瓷。
4、采用硅酸镁和硅酸钙粉体分别进行7:1到1:7的7个组分复合生物陶瓷的制备。复合生物陶瓷随着硅酸镁原料配比的减少,气孔率减少,抗弯强度和杨氏模量升高,同时复合生物陶瓷的生物活性增加,钙磷比由1.44升高为1.65,同时降解性先逐渐降低后逐渐增加。
5、不同原料配比的镁硅钙复合生物陶瓷的均能明显支持兔子骨髓间质干细胞的贴附和增殖,当硅酸镁和硅酸钙原料摩尔配比为1:2到2:1时,形成的复合生物陶瓷兼具了良好的力学性能、生物活性和细胞相容性。
6、采用熔融法制各获得了镁黄长石组分的镁硅钙生物玻璃粉体和生物玻璃块体。分别采用烧结法和整体析晶法制备了两种镁硅钙生物玻璃陶瓷。烧结法制各的生物玻璃陶瓷随着烧结温度的提高,致密度增加,抗弯强度和杨氏模量提高,烧结温度提高到1300℃,体外生物活性降低。
7、针对镁黄长石组分,采用生物陶瓷、整体析晶法制备的生物玻璃陶瓷和生物玻璃在相同条件下进行体外生物活性比对,发现释放钙离子、镁离子和硅离子的能力及在表面形成的富硅层和钙磷层的厚度的规律为生物陶瓷＞生物玻璃陶瓷＞生物玻璃。
以上研究结果表明,硅酸镁粉体和陶瓷具有良好的细胞相容性,通过放电等离子体烧结方法可以提高硅酸镁陶瓷的致密度和力学性能。在硅酸镁和硅酸钙原料摩尔配比为1:2到2:1时,形成的复合生物陶瓷兼具了良好的力学性能、生物活性和细胞相容性。在镁黄长石组分下的生物玻璃、生物玻璃陶瓷和生物陶瓷离子的释放能力不同,表面形成的富硅层和钙磷层的厚度不同。