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高强度、可降解骨修复材料一直是生物医用材料领域的研究热点,现有骨修复材料的力学性能,特别是弹性模量无法与新骨生成过程相匹配。本研究以β-聚磷酸钙(CPP)为基体,首先提高了其聚合度,然后以羟基磷灰石晶须(HAW)和聚(L-丙交酯-co-ε-已内酯)(PLLCA)改善其力学性能,制备了一种具有两相互穿网络结构的PLLCA/HAW/β-CPP复合材料,并考察了其性能。
首先以磷酸二氢钙(MCP)为原料制备了CPP,考察了MCP在高温下的缩聚过程。随着聚合温度的提高,反应体系变为液态,MCP的缩聚受到聚合反应、CPP的降解反应、磷酸盐的分解反应和向偏磷酸钙(CMP)转变的副反应的共同影响,适当提高聚合温度可以提高CPP的聚合度,但聚合温度高于1000℃以后不利于聚合度的提高,而且120℃下生成大量CMP。β-CPP的存在温度范围为480-860℃。CPP的结晶过程与高分子类似,但是其分子间作用力为有明显方向性的离子键,导致其低温下的结晶过程随着聚合度的增大受到限制以致于无法形成γ-CPP。
其次以β-磷酸钙为原料制备了长径比约为30的羟基磷灰石晶须(HAW),其形成过程、形貌和热稳定性受溶液pH的控制。然后制备了HAW/β-CPP复合陶瓷,HAW改变了CPP的烧结过程,提高了其烧结温度,因而晶粒间结合更紧密且品粒长径比增大;HAW与β-CPP结合紧密,通过桥联作用起到增韧和强化的作用,不过界面结合力过强削弱了拔出效应对增韧的贡献。
再次以木屑作为致孔剂制备了具有狭长孔道且贯通性良好的多孔HAW/β-CPP复合陶瓷,其弹性模量与孔隙率之间的关系为:Eb3=144.03e-0.073P。然后将PLLCA接枝在其内部孔道表面制备了具有互穿网络结构的PLLCA/HAW/β-CPP复合材料,PLLCA通过自身塑性形变和将压应力引入复合材料内部的方式阻止裂纹的扩展,PLLCA9010/HAW/β-CPP复合材料的力学性能得到显著提高。
最后考察了CPP在模拟体液中的降解过程。CPP的体外降解过程主要受其端基质子化速率的控制,其降解速率随着质子化速率的增大而增大。烧结颈的结晶度不高,易质子化而发生降解,基于这个原因,β-CPP陶瓷、HAW/β-CPP和多孔HAW/β-CPP复合陶瓷的降解过程中虽然没有显著的质量损失,但是其力学强度损失较大;PLLCA/HAW/β-CPP复合材料显著降低了CPP端基的质子化速率,在体外降解过程中仍能保持良好的力学性能。