改性碳纳米管HAP的模拟仿生矿化研究

改性碳纳米管/HAP的模拟仿生矿化研究作者：曾艳，王鸿辉，普旭力，祝志宏，ZENGYan，WangHonghui，PUXuli，ZHUZhihong作者单位：曾艳,ZENGYan(华中师范大学,化学学院,武汉,430079)，王鸿辉,普旭力,WangHonghui,PUXuli(厦门出入境检验检疫局,福建,厦门,361003)，祝志宏,ZHUZhihong(华中师范大学,物理科学与技术学院,武汉,430079)刊名：华中师范大学学报（自然科学版）英文刊名：JOURNALOFHUAZHONGNORMALUNIVERSITY(NATURALSCIENCES)年，卷(期)：2008，42(2)被引用次数：0次参考文献(4条)1.HayashidaT;PanL;NakayamaYMechanicalandelectricalpropertiesofcarbontubulenanocoils20022.LeNihouannenD;LeGuehennecL;RouillonTMicro-architectureofcalciumphosphategranulesandfibringluecompositesforbonetissueengineering2006(13)3.石宗利;王彦平;戴刚CPP/PLLA软骨组织工程支架复合材料初步研究[期刊论文]-复合材料学报2002(6)4.王迎军;刘康时生物医学材料的研究与发展1998相似文献(10条)1.期刊论文金大地.张海兵.JinDD.ZhangHB碳纳米管/羟基磷灰石/聚乳酸椎间融合器的细胞相容性-中国组织工程研究与临床康复2007,11(44)目的:前期实验证实碳纳米管/羟基磷灰石/聚乳酸椎间融合器能很好地满足人体脊椎的生物力学要求,尚需进一步观察其细胞相容性,为临床应用提供参考数据.方法:实验于2007-03/06在南方医科大学南方医院脊柱骨病科实验室完成.①材料和浸提液制备:将聚乳酸、羟基磷灰石、碳纳米管按质量比6∶3∶1制备碳纳米管/羟基磷灰石/聚乳酸复合材料,并提取浸提液.②细胞毒性测试:参照GB/T16886.5-1997-ISO10993-5:1992《医疗器械生物学评价细胞毒性试验体外法》的评价标准和要求,设立阴性对照组(生理盐水)、实验组(浸提液)、阳性对照组(质量浓度为64g/L的苯酚),用Lg29细胞与材料浸提液共培养的方式进行.采用细胞形态观察法进行定性观察,观察L929细胞在培养24,48,72h各时相点的细胞形态学变化,运用MTT比色法,测定上述各组L929细胞培养2,4,7d的相对增殖度,判断材料对细胞的毒性程度.结果:①细胞增殖变化:随时间延长,3组细胞的吸光度值均明显增加(P＜0.01).实验组L929细胞相对增殖度在第2,4,7天分别为94.3%,96.5%和97.2%,参照国家标准碳纳米管/羟基磷灰石/聚乳酸的细胞毒性为1级;实验组与阴性对照组比较差异不显著(P＞0.05);阳性对照组与其他2组比较差异显著(P＜0.05).②细胞形态变化:实验组细胞形态正常,呈梭形,贴壁生长良好.根据细胞形态学标准,碳纳米管/羟基磷灰石/聚乳酸浸提液无细胞毒性.结论:碳纳米管/羟基磷灰石/聚乳酸复合材料细胞相容性良好,细胞毒性为1级,参照GB/T16886.5-1997-ISO10993-5:1992标准属于安全范围.2.学位论文卢志华羟基磷灰石修饰碳纳米管自组装技术及其复合材料研究2008碳纳米管(carbonnanotubes，CNTs)超强的力学性能可以极大的提高复合材料的强度和韧性；独特的电学和光电学性能可以改善聚合物材料的电导率和制备新型的光电聚合物复合材料。碳纳米管复合材料是碳纳米管应用研究的一个重要组成部分。目前，国内外对于碳纳米管/羟基磷灰石复合材料方面的研究比较少，且处于起步阶段。通过传统的分散方法，在碳纳米管/羟基磷灰石复合材料中只能加入5％以下的碳纳米管，否则力学性能不升高，反而大幅度下降。但碳纳米管含量小于5％时很难获得高产热效果。因此，解决该问题是制备多功能碳纳米管/羟基磷灰石复合材料的关键。此外，具有良好生物活性的羟基磷灰石亦为细菌附着提供了便利场所，容易在植入体界面引发感染并最终导致植入体的松动和脱落，所以探索具有自抗菌功能的复合材料具有非常重要的现实意义。基于以上分析，本文设计采用自组装技术以羟基磷灰石修饰碳纳米管，然后利用热压烧结制备碳纳米管/羟基磷灰石复合材料，对复合材料的制备工艺、力学性能、微观结构、增韧机制、细胞毒性及体外溶解性能进行系统研究；进一步探索了具有自抗菌功能的羟基磷灰石及碳纳米管/羟基磷灰石复合材料的制备，并对其抗菌性能进行了初步表征。主要研究内容如下：采用包括浓硝酸回流处理、混酸处理和Fenton试剂处理等不同方式对碳纳米管进行表面处理，比较了各种方式对碳管结构的影响，最后选择浓硝酸回流处理作为最终的处理方式。考察了回流处理时间对碳管结构的影响，并对处理后的碳纳米管进行了TEM、FTIR、热分析以及XRD分析。采用紫外分光光度计测试手段解决了传统的沉降体积法不适于碳纳米管溶液的局限性，同时应用标准工作曲线的计算方法，半定量的表征碳纳米管悬浮液浓度随时间的变化。通过XPS、ζ电位、FTIR以及聚合物吸附动力学的分析研究了十二烷基磺酸钠(sodiumdodecylsulfate，SDS)在碳纳米管表面的吸附机理。通过离子分散剂在碳纳米管表面引入活性基团，利用自组装技术制备高质量的碳纳米管/羟基磷灰石复合粉体。研究了制备过程中pH值、钙离子浓度、陈化温度、陈化时间以及后续热处理对复合粉体性能的影响，找到了一个最佳的制备工艺路线。通过对制备过程中‘电位的研究，分析了自组装技术制备碳纳米管/羟基磷灰石复合粉体的原理。采用氩气保护热压烧结和快速等离子体烧结(sparkplasmasintering，SPS)制备了碳纳米管/羟基磷灰石复合材料，并对其微观结构和力学性能进行了研究，得出了合理的烧结工艺为：热压烧结时烧结温度1100℃，保温20min，烧结压力30MPa；快速等离子体法烧结时烧结温度950℃，保温4min，烧结压力50MPa。分析了碳纳米管取向对复合材料力学性能的影响，发现碳纳米管择优分布在垂直于热压面内，材料在平行于热压面的方向上力学性能最好，在垂直于热压面的方向上力学性能最差。理论分析了碳纳米管含量对复合材料微观结构和力学性能的影响，并通过实验验证。碳纳米管含量为15vol％时，复合材料的力学性能最好，抗弯强度172.4MPa，断裂韧性2.17MPa·m1/2，与纯HAp相比分别提高了157％和171％。研究了碳纳米管/羟基磷灰石复合材料的增韧机制，结果表明碳纳米管与基体之间的良好界面结合，复合材料中碳纳米管的拔出、桥联以及裂纹的偏转是复合材料强度及断裂韧性提高的关键；基体和碳纳米管间由热膨胀系数差异产生的残余应力使得晶界得以强化，进一步提高了复合材料的韧性。建立了碳纳米管桥联、碳纳米管拔出、裂纹偏转协同增韧的理论模型，并推导出相应的增韧效果表达式。采用细胞形态观察和MTT法研究了复合材料的细胞毒性，结果表明所得复合材料具有良好的生物活性和无细胞毒性。研究了复合材料在模拟体液(simulatedbodyfluid，SBF)中的稳定性，发现浸泡一段时间后，试样表面生成球状的碳酸羟基磷灰石(carbonatedhydroxyapatite，CHA)，该类骨CHA在人体骨组织/生物材料界面间的生长和键合方面起到了至关重要的作用。利用离子交换法，在羟基磷灰石及碳纳米管/羟基磷灰石复合材料中成功引入银离子，制备出了具有抗菌功能的复合材料。研究了制备过程中AgNO3浓度、置换温度、置换时间、碳纳米管含量、预煅烧温度以及热处理温度等因素对载银量的影响。通过XRD、FTIR、TEM及SEM对所得抗菌材料进行了检测，结果表明在制备过程中，Ag+进入羟基磷灰石有两种方式，一种是取代Ca2+进入晶格，另一种是物理吸附于羟基磷灰石表面，两种方式对羟基磷灰石的结构都没有明显影响，并且随着热处理温度的升高，吸附于表面的银离子容易散逸，导致载银量降低。通过最小抑菌浓度(MIC)及24h抑菌率考察复合材料的抗菌性能，结果表明通过离子交换法制备的复合材料具有良好的抗菌性能，为下一步临床实验奠定了基础。3.期刊论文李爱民.孙康宁.尹衍升.于志云.卢志华.毕见强碳纳米管/羟基磷灰石生物复合材料的研究初探-生物骨科材料与临床研究2003,1(1)目的本文主要对碳纳米管/羟基磷灰石生物复合材料进行了初步研究.力争初步找到一条制备CNTs/HAp复合材料的工艺路线,并对所得复合材料的微观结构进行初步研究.方法以球磨和超声分散两种工艺制备了CNTs/HAp复合粉体,并经等静压成型、真空无压烧结制备出了碳纳米管/羟基磷灰石复合材料.结果XRD、IR、TEM及SEM研究发现,所制备羟基磷灰石为纳米级,纯度高,所使用的原料碳纳米管纯度高,碳纳米管在复合粉体中分散均匀.碳纳米管有细化晶粒的作用,但随着烧结温度的升高碳纳米管分解加剧,因此烧结温度以低于1100℃为宜.结论初步找到了一条制备CNTs/HAp复合材料的工艺路线.随温度的升高,复合材料中CNTs的存留量逐渐减少.因此真空下该复合材料的烧结温度应低于1100℃.4.学位论文魏佳碳纳米管/羟基磷灰石复合材料的制备研究2008本文系统介绍了羟基磷灰石(HAp)材料的性质和结构，阐述了羟基磷灰石材料国内外研究现状和应用现状，提出羟基磷灰石材料研究及应用中存在的问题及展望，并指出碳纳米管(CNTs)作为增强项的优缺点及发展方向。本课题从粉体制备及其陶瓷材料制备两个角度，对碳纳米管/羟基磷灰石(CNTs/HAp)复合陶瓷进行了较为系统的研究。本研究以硝酸钙、五氧化二磷和无水乙醇为原料，采用溶胶.凝胶法制备羟基磷灰石粉体，利用XRD和SEM分析对所得粉体晶型和粒度进行了研究。结果表明，制备的羟基磷灰石粉体纯度较高、晶粒尺寸为23.2nm，且呈较为均匀的球形分布。采用混酸处理结合超声工艺对CNTs进行了提纯和表面化学修饰，获得了分散均匀的CNTs悬浮的乙醇溶液，利用扫描电镜、透射电镜、傅立叶红外吸收光谱及Zeta电位等手段对其分散机理进行了分析。结果表明，碳纳米管中的铜、锌等杂质被除掉，有效阻止了碳纳米管以杂质为衬底团聚的现象。同时碳纳米管端头的帽子被去掉，带上了羟基、羧基等有机基团，这为碳纳米管的良好分散提供了条件。以球磨分散和超声分散两种工艺制备了CNTs/HAp复合粉体，真空热压烧结制备出了CNTs/HAp复合材料。并对比纯羟基磷灰石陶瓷的力学性能，研究了CNTs/HAp复合陶瓷的力学性能与碳纳米管用量及微观结构之间的关系，采用SEM观察了复合粉体的分散情况，通过XRD和SEM研究了复合陶瓷的相组成和微观结构。结果表明，碳纳米管的加入可以改善羟基磷灰石晶界的结合情况，提高羟基磷灰石的抗折强度和断裂韧性。试验测得的纯HAp陶瓷的抗折强度为66.4Mpa、断裂韧性为0.88MPa·m1/2，而1200℃真空热压烧结得到的CNTs/HAp复合陶瓷的抗折强度(CNTs含量为2％)最高可达到105.6Mpa、断裂韧性最高可达到1.8MPa·m1/2，抗折强度提高约为59％，断裂韧性的提高约为105％。5.期刊论文卢志华.孙康宁.孙晓宁.朱广楠.李轩琦.LUZhi-Hua.SUNKang-Ning.SUNXiao-Ning.ZHUGuang-Nan.LIXuan-Qi碳纳米管的表面改性与羟基磷灰石的包覆-无机材料学报2007,22(6)通过TEM、FTIR及XRD等检测手段对原位合成法制备羟基磷灰石/碳纳米管复合材料过程中碳管的表面改性及影响羟基磷灰石包覆的因素进行了系统探讨.研究表明,浓酸处理后,碳纳米管表面产生大量官能团;阴离子表面活性剂十二烷基磺酸钠(SDS)的加入提高了碳纳米管与水的相容性;实验中随着(NH4)2HPO4溶液的加入,羟基磷灰石原位沉积并形成包覆层.结果发现:碳纳米管的表面改性、适当的p