摘要骨组织工程支架的提出解决了骨缺损传统治疗方法中材料不足的问题,为骨缺损部位的修复提供了一条新的途径。通过合理设计骨组织工程支架材料的结构和功能,可有助于骨缺损部位完成修复重建。铁基材料由于具有优异的力学性能、人体内含量较高以及具有一定的化学活性等优势,成为了骨组织工程支架材料领域的研究热点。然而,铁基材料较慢的降解速率限制了其在骨缺损修复领域中的应用。合金化法是提高铁基材料降解速率的常用措施。本文以锌作为合金化元素,以多孔材料(多孔铁和聚氨酯泡沫)为模板,通过电沉积制备了多孔可降解铁基材料。<br> 本文首先在导电性较好的多孔铁上电沉积了Fe-Zn合金层,制备了Fe@Fe-Zn复合材料。通过调节脉冲电沉积的脉冲频率,得到了不同Zn含量的Fe-Zn合金层,研究了合金层中的元素含量、相组成和微观形貌,系统评价了Fe@Fe-Zn的降解性能、力学性能、细胞相容性和抗菌活性。结果表明,随着电沉积时脉冲频率的增加(50Hz→1000Hz),合金层中Zn含量逐渐减小(7.5%→2.4%);不同Zn含量的Fe-Zn合金层均呈现单一的α(Fe)相;电沉积制备的Fe-Zn合金层组织致密,与多孔铁基体结合较好。所有Fe@Fe-Zn的降解速率较多孔铁有显著改善(Fe@Fe-Zn的降解速率均在0.44~0.48mm·y-1范围内,多孔铁的降解速率为0.33mm·y-1);当合金层中Zn含量为7.5%时,Fe@Fe-Zn的屈服强度和压缩模量较多孔铁分别提升6%和22%;所有Fe@Fe-Zn的浸提液在稀释到25%时,均表现出良好的细胞相容性,且均对大肠杆菌(E.coli)和金黄色葡萄球菌(S.aureus)表现出一定的抑制作用;当合金层中Zn含量为7.5%时,Fe@Fe-Zn的抗菌性能最佳,抗菌率分别为67.0±1.1%(E.coli)和69.3±3.2%(S.aureus)。<br> 在上述研究的基础上,为进一步提高多孔材料基体的降解速率,本文第二部分工作以聚氨酯泡沫为模板,对电沉积多孔Fe-Zn合金工艺进行了探讨。通过探究聚氨酯泡沫的导电化处理方式、电沉积预镀参数和聚氨酯泡沫的去除工艺,确定了聚氨酯泡沫的最佳导电化方法为涂覆导电胶法;电沉积Fe-Zn合金的最佳预镀电参数为:峰值电流密度14.3A/dm2,占空比50%,脉冲频率1000Hz,工作时间30min;使用热处理烧结法去除聚氨酯泡沫骨架,热处理条件为氩气氛围下,450℃保温30min。<br> 本文研究了电沉积Fe@Fe-Zn复合多孔支架材料的综合性能,证明了以锌为合金化元素制备的多孔铁基材料有望发展为可广泛应用的骨组织工程支架材料,并进一步探究了Fe-Zn多孔支架材料的电沉积制备工艺,为电沉积制备多孔材料提供了有益参考。
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