结构仿生多孔羟基磷灰石陶瓷的制备工艺及研究进展PPT课件

快速成型 技术(RP)
将数字信息传给造型机，通过原料逐层添加法制造出多孔材料。
能够制备出传统工艺不能形成的200～300μm以上的可控孔隙结构；
能够保证孔隙之间的完全贯通；
不需要工具、模具；目前仍处于研究阶段。
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3.1 基于有机泡沫浸渍法的制备工艺
实验结合浸渍法和注浆成型工艺制备具有内疏外密 天然骨结构仿生羟基磷灰石多孔陶瓷。
长出新的组织。
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2 HAP多孔陶瓷的研究意义
与人体胫骨结构类似，外层孔隙率较低， 力学性能较高，起承载作用；而芯部是 三维连通结构的多孔支架，有利于细胞 生长、养分传输和代谢产物的排放。
能最大限度地扩大人造骨的表面积, 有利于周围 组织生长侵入, 形成一体化“同类复合”状态。
具有骨诱导活性，缺损的骨组织被其刺激从而 加速其再生过程，有利于缺损骨的修复。
结构仿生羟基磷灰石多孔陶瓷 的制备工艺及其研究进展
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目录
1 羟基磷灰石（HAP）简介
2 HAP多孔陶瓷的研究意义 3 HAP多孔陶瓷的制备工艺
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研究展望
来自百度文库
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1 羟基磷灰石(HAP)简介
HAP晶体为六方晶系，结构为六角柱体，与c轴垂直的面是一个六边 形，a、b轴夹角120°，单位晶胞含有10个Ca2+、6个PO43－和2个OH－, 分子式Ca10(PO4)6(OH)2，比重为3.08，摩氏硬度为5。
羟基磷灰石陶瓷应用— 人工听小骨假体
表面具有微孔，可使患者 听力平均提20~30dB，适用于慢 性化脓性中耳炎患者作听小骨 置换和鼓腊修复手术。自1989 年以来已临床应用800多例。
羟基磷灰石多孔生物陶瓷 在硬组织的修复与替换方面起 着重要的作用。
图2-2 HAP生物陶瓷听小骨置换假体
图2-3 实验室合成的HAP多孔陶瓷
图1-1 HAP晶体结构
图1-2 HAP晶型
HAP是人体内骨骼和牙齿的重要组成部分，人骨成分中 HAP的质量 分数约65%，人的牙齿釉质中 HAP的质量分数则在 95%以上。
HAP具有良好的生物相容性、生物活性、骨传导性和骨诱导性，能与
骨组织形成良好的结合，诱导新骨的生成并为其提供支架，且在体液的
作用下，会部分降解，游离出钙和磷，可被人体组织吸收和利用后，生
下燃尽或挥发而在陶瓷体中留下孔隙。
可以制备气孔结构不同、形状复杂的多孔材料。 但所制得的多孔羟基磷灰石孔隙率不高，且孔径范围分布较宽。
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3 HAP多孔陶瓷的制备工艺
有机泡沫 将在较高温度或发生化学反应产生气体的化学物质与羟基磷灰石粉 浸渍法 体浆料混合成形，在一定温度下加热处理发泡，烧结产生多孔陶瓷。
实验样品：
商用羟基磷灰石粉体（粒径为0.5~1.0μm，并将其在900℃煅烧3小时 预处理）；聚乙烯醇缩丁醛为粘接剂；无水乙醇为溶剂。
图3-1浸渍-注浆法制备结构仿生HAP多孔陶瓷的流程图
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3.1 基于有机泡沫浸渍法的制备工艺 形貌观察：
图3-2 仿生结构HAP多孔陶瓷的截面形貌
样品与天然骨结构类似，具有梯度孔隙率，外层较为致密，类似于天然骨外
厚层外度(（的a层由)骨浸图孔聚密渍样隙氨质次品率酯；数的固海芯为外定绵部4，层和较次芯模孔为）部具隙疏孔的松率隙尺，为率寸类1主决3似%要定于，通。骨厚过松度浸质渍为。次3m数m进，行芯控部制孔，芯隙部率尺为寸55和%外层
芯部和外层的结合处没有发现分层等缺陷，这是因为：虽然芯部在注入石蜡
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横截面积，A内为芯部的横截面积，A外为外层的横截面积，σ内为芯部的压缩强度， σ外为外层的压缩强度(测定为68.6MPa)。
图3-4 仿生结构HAP多孔陶瓷的压缩强度
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3.1 基于有机泡沫浸渍法的制备工艺
力学性能：
当外层初始固含量一定时，随着芯部孔隙率提高，其压缩强度降低， 但是下降的幅度不大，在2MPa以下。
当芯部的孔隙率一定时，仿生结构的HAP多孔陶瓷的压缩强度随着外 层的厚度增加而增加，当厚度从3mm提高到4mm时压缩强度提高了8MPa 左右。
结构仿生HAP多孔陶瓷的压缩强度主要依赖于外层的厚度，当芯部孔 隙率为44%，外层厚度为4mm，压缩强度可达40.3MPa。
类似天然骨的仿生结构在其受到轴向载荷时，可较好的传递剪切压应 力和横向拉应力。
术后病例观察发现，材料与机体组织 亲和性好。在材料与骨面接触部位, 骨组织
向孔内生长, 与骨面构成愈合状态。
结构仿生 HAP多孔 陶瓷优势
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2 HAP多孔陶瓷的研究意义
耳小骨替换
牙周袋填补
牙槽脊增高
颌面骨 缺损修复
口腔种植
脊椎骨修复
生物硬组织 的修复和替换
药物载体
图2-1 羟基磷灰石生物陶瓷5
2 HAP多孔陶瓷的研究意义
制备工艺简单，孔隙率高，孔径大小容易调控； 具有开孔三维网状骨架结构。
模板法
无机物前体在模板剂的作用下，借助有机超分子/无机物的 界面作用，形成具有一定结构和形貌的无机材料。
是制备有序多孔材料的有效手段； 已成为目前制备多孔羟基磷灰石最常用的方法之一。
三维设计 基于离散堆积原理的数字化成型技术，利用软件分切实体，然后
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3 HAP多孔陶瓷的制备工艺
根据造孔原理，主要制备方法如下：
将在较高温度或发生化学反应产生气体的化学物质与羟基磷灰石粉
化学发泡法 体浆料混合成形，在一定温度下加热处理发泡，烧结产生多孔陶瓷。
孔径和空隙率较难控制; 孔隙大部分是封闭的; 气孔的贯通率较差。
造孔剂法 通过在陶瓷配料中添加造孔剂，利用这些造孔剂在高温
3.1 基于有机泡沫浸渍法的制备工艺
相组成：
P
图3-3 1250℃烧结的仿生结构HAP多孔陶瓷的相组成
有微量的β-TCP相，其余为HAP相。
可见，所采用的浸渍、注浆和烧结工艺对于HAP多孔陶瓷的物相
基本没有影响。
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3.1 基于有机泡沫浸渍法的制备工艺
力学性能：
内A A内外AA外
其中σ为仿生结构的HAP多孔陶瓷的压缩强度，A为仿生结构的HAP多孔陶瓷的