生物活性陶瓷材料表面碳酸羟基磷灰石形成及其微观结构的研究
- 格式：pdf
- 大小：2.37 MB
- 文档页数：7
第18卷第6期2003年11月无机材料学报JournalofInorganieMaterials
VOI18NovNO6
2003
文章编号:1000324X(2003)0612
8007
生物活性陶瓷材料表面碳酸经基磷灰石形成及其微观结构的研究
赵莉,林开利,常江
(中国科学院上海硅酸盐研究所生物材料与组织工程中心土海20
005
0)
摘要制备了经基磷灰石(HAP)生物活性玻璃硅灰石以及经基磷灰石和硅灰石的复合陶瓷等几种不同的生物活性陶瓷材料在同一条件下对材料进行模拟体液(SBF
)浸泡实验
并
用傅立叶红外光谱(FTIR)和场发射扫描电镜(FESEM)对试样表面进行了表征结果显示
几种生物陶瓷材料经模拟体液浸泡后表面都沉积了碳酸经基磷灰石(HCA)不同的材料,表
面沉积HCA的速度和微观结构有所差异在硅灰石表面沉积HCA的速度最快而在HAP表面沉积HCA的速度为最慢HAP和硅灰石表面沉积的HCA层较为疏松与此相比生物
活
性玻璃表面沉积的HCA层较为致密这几种生物活性陶瓷材料表面沉积的HCA基本上都为光滑的球形颗粒经基磷灰石与硅灰石复合后不仅沉积HCA的速度发生很大变化而且表面生成的HCA的微观结构也发生了改变我们的结果显示在模拟体液中材料表面
HCA
沉积
速度和微观结构可以作为评价无机生物材料体外生物活性的一个重要方法而通过翅基磷灰石
和硅灰石复合可以调控材料的生物活性
关键词HAP;生物活性玻璃;硅灰石;HCA;SBF;微观结构
中图分类号
R318TB332文献标识码A
1引言
无机生物活性材料浸泡在模拟体液中一定时间后其表面能生成富含磷酸钙的无机物层【‘一5〕随着浸泡时间的延长表面生成物由无定形磷酸钙逐渐结晶成纳米HCA亘CA纳
米晶能与基体内的胶原蛋白纤维结合与基体组织形成紧密的结合层因此模拟体液浸
泡初期HcA的形成能力就成为研究生物活性的主要依据之一HcA的形成也被认为是生物材料具有骨引导性的重要原因研究较早的无机生物活性材料主要包括生物活性玻璃和轻基磷灰石(HAP).生物
活性
玻璃具有生物活性的一个重要特征就是在其表面能形成HCA而体外HCA层形成的能力与材料在体内与骨键合的能力密切相关因此对生物活性玻璃进行体外研究可以
预
测这些
玻璃在体内的行为Ie]HAP生物陶瓷也是典型生物活性陶瓷植入体内后能与组织在界
面
上形成化学键性结合[v]Kokub。等Is]在生物活性玻璃的基础上研制出含有结晶态磷灰石和硅灰石的AW生物活性玻璃陶瓷Aw玻璃陶瓷在模拟体液中浸泡后表面也有nCA层形成此外对硅灰石粉体[l0]及硅灰石涂层[l‘}的研究也发现模拟体液浸泡的硅灰石表面可以形成
HCA层
收稿日期2002一11一05收到修改稿日期2002一12一
n
基金项目国家自然科学基金(50142003);上海市自然科学基金
(01zE14033)
作者简介赵莉(1973一)女博士研究生
Email:lzhaogi73@sin
aeom6期赵莉等生物活性陶瓷材料表面碳酸经基磷灰石形成及其微观结构的研究
1281
过去的研究表明许多无机生物活性材料在模拟体液中浸泡后都能在材料表面沉积
出HCA如各种组成的生物活性玻璃风”‘2,31玻璃陶瓷【1一41烧结的经基磷灰石[l’硅灰石[l015〕硅凝胶[l017〕等虽然这些材料经模拟体液浸泡后表面都能沉积出HcA层但HCA的微观结构却略有不同[l“1“15161生物活性陶瓷材料表面沉积HcA形貌的变化反映
了HCA形成机理的差异同时也可能与陶瓷材料的生物活性有关本文将在同一条件下对生物活性玻璃HAP硅灰石经基磷灰石和硅灰石的复合陶瓷等几种不同的生物活性陶瓷材料进行模拟体液浸泡试验并着重利用具有高分辨率的场发射扫描电镜观察其表面HCA的形成特征比较它们的生物活性并研究硅灰石掺入到轻基磷灰石中对表面沉积HCA
的影响
2实验部分
21试样制备
本文所用的原料和试剂均为分析纯HAP和硅灰石粉体均由湿化学法制备并分别在
g000e和s000c锻烧[‘8‘9]得到熔融法制备的生物玻璃粉是将eaco3ca3(Po4):
510:MgCo3CaF:等几种原料熔融加热至130C以上然后浸入水中急冷经研磨后
得到经基磷灰石和硅灰石的复合陶瓷粉的制备则是按不同比例称取一定量的经基磷灰石粉和硅灰石粉分散到适量的酒精中球磨烘干研磨过筛后得到以上几种材料的粉体在4MPa的压力下干压成直径为6mm厚度约Zmm的素坯再经无压烧结制成陶瓷片HAP硅灰石及两相的复合陶瓷在n00oC下进行烧结生物活性玻璃在gO0oC
下烧结薄
片经烧结后进行模拟体液
浸泡
22模拟体液浸泡
模拟体液按照Kokub。等[l4]选用的离子浓度进行配制试样浸泡前首先用丙酮去
离子水超声清洗烘干后垂直浸泡在一定体积的SBF中365oC下浸泡1天和3天浸泡完毕试样从SBF中取出用丙酮和去离子水轻轻漂洗阻止SBF和试样的继续反应然后在室温下自然晾干23碳酸经基磷灰石形成分析
浸泡后的试样表面采用FTIR和FESEM分析HCA的形成红外分析采用Thermo
Nico
let
公司生产的FT一IRNExus红外测试仪进行FTIR分析时需轻轻刮下试样表面沉积物与KBr混合后采用透射光进行分析HCA形貌分析采用日本电子公司生产的TSM一
670F
型场发射扫描电镜观察前试样需经碳/铂金双重蒸镀
3结果和讨论
图1为熔融法合成的生物活性玻璃经SBF浸泡不同时间后的FTIR图通过FTIR图可以看到试样浸泡1天图谱中即出现较弱的602和563cm一1两个PO4官能团的特征振动峰[l0}浸泡时间越长峰形越明显越尖锐说明经SBF浸泡后试样表面沉积出
了HCA.
图2是硅灰石浸泡前和浸泡后的FTIR图谱浸泡3天后的图谱显示出602和563cm
一1
两个
属于P04官能团的弯曲振动峰还出现了较弱的在1650cm一1附近的水的吸收峰140和1550cm一‘之间的峰是碳酸根的红外吸收峰870cm一‘附近的峰则是碳酸根和H
P
O
扩的重合
峰浸泡后图谱中出现的在1100cm一’附近的宽的吸收峰与浸泡前图谱中出现的在
IO00cm
一’6期赵莉等生物活性陶瓷材料表面碳酸经基磷灰石形成及其微观结构的研究
1281
过去的研究表明许多无机生物活性材料在模拟体液中浸泡后都能在材料表面沉积
出HCA如各种组成的生物活性玻璃风”‘2,31玻璃陶瓷【1一41烧结的经基磷灰石[l’硅灰石[l015〕硅凝胶[l017〕等虽然这些材料经模拟体液浸泡后表面都能沉积出HcA层但HCA的微观结构却略有不同[l“1“15161生物活性陶瓷材料表面沉积HcA形貌的变化反映
了HCA形成机理的差异同时也可能与陶瓷材料的生物活性有关本文将在同一条件下对生物活性玻璃HAP硅灰石经基磷灰石和硅灰石的复合陶瓷等几种不同的生物活性陶瓷材料进行模拟体液浸泡试验并着重利用具有高分辨率的场发射扫描电镜观察其表面HCA的形成特征比较它们的生物活性并研究硅灰石掺入到轻基磷灰石中对表面沉积HCA
的影响
2实验部分
21试样制备
本文所用的原料和试剂均为分析纯HAP和硅灰石粉体均由湿化学法制备并分别在
g000e和s000c锻烧[‘8‘9]得到熔融法制备的生物玻璃粉是将eaco3ca3(Po4):
510:MgCo3CaF:等几种原料熔融加热至130C以上然后浸入水中急冷经研磨后
得到经基磷灰石和硅灰石的复合陶瓷粉的制备则是按不同比例称取一定量的经基磷灰石粉和硅灰石粉分散到适量的酒精中球磨烘干研磨过筛后得到以上几种材料的粉体在4MPa的压力下干压成直径为6mm厚度约Zmm的素坯再经无压烧结制成陶瓷片HAP硅灰石及两相的复合陶瓷在n00oC下进行烧结生物活性玻璃在gO0oC
下烧结薄
片经烧结后进行模拟体液
浸泡
22模拟体液浸泡
模拟体液按照Kokub。等[l4]选用的离子浓度进行配制试样浸泡前首先用丙酮去
离子水超声清洗烘干后垂直浸泡在一定体积的SBF中365oC下浸泡1天和3天浸泡完毕试样从SBF中取出用丙酮和去离子水轻轻漂洗阻止SBF和试样的继续反应然后在室温下自然晾干23碳酸经基磷灰石形成分析
浸泡后的试样表面采用FTIR和FESEM分析HCA的形成红外分析采用Thermo
Nico
let
公司生产的FT一IRNExus红外测试仪进行FTIR分析时需轻轻刮下试样表面沉积物与KBr混合后采用透射光进行分析HCA形貌分析采用日本电子公司生产的TSM一
670F
型场发射扫描电镜观察前试样需经碳/铂金双重蒸镀
3结果和讨论
图1为熔融法合成的生物活性玻璃经SBF浸泡不同时间后的FTIR图通过FTIR图可以看到试样浸泡1天图谱中即出现较弱的602和563cm一1两个PO4官能团的特征振动峰[l0}浸泡时间越长峰形越明显越尖锐说明经SBF浸泡后试样表面沉积出
了HCA.
图2是硅灰石浸泡前和浸泡后的FTIR图谱浸泡3天后的图谱显示出602和563cm
一1
两个
属于P04官能团的弯曲振动峰还出现了较弱的在1650cm一1附近的水的吸收峰140和1550cm一‘之间的峰是碳酸根的红外吸收峰870cm一‘附近的峰则是碳酸根和H
P
O
扩的重合
峰浸泡后图谱中出现的在1100cm一’附近的宽的吸收峰与浸泡前图谱中出现的在
IO00cm
一’
