摘要磷酸钙骨水泥(Calcium Phosphate Cement,CPC)是一种生物活性水泥、可降解性植入材料,具有快速固化、优异的塑形能力和生物性能,然而较差的力学性能限制了其在骨修复和治疗中的应用。碳材料常被用作复合材料的增强相,一维结构的碳纳米管(Carbon Nanotubes,CNTs)和二维结构的石墨烯亦是如此。然而,CNTs的团聚使得其增强作用大大减弱,并增加了其生物毒性,未能体现出良好的生物相容性。所以将其改性或复合以降低对生物体的伤害,并且在此基础上更进一步制备出有益于生物体生命健康的生物医用材料势在必行。<br> 本论文以CNTs为原料,研究了CNTs网络结构(Carbon Nanotubes Network,CNTN)和还原氧化石墨烯-碳纳米管(Reduced Graphene Oxide-Carbon Nanotubes,RGO-CNTs)复合材料的制备以及改善CPC性能的研究。<br> 首先采用化学交联法制备了CNTN。在以乙二胺(Ethylenediamine,EDA)为交联剂制备CNTN时,研究了不同CNTs/EDA质量体积比(2∶1、5∶1和10∶1)对CNTN的影响。结果表明,经过充分的交联反应,随着CNTs/EDA质量体积比的减小,两者之间的交联会更加充分,形成的CNTN也更加明显。然后又采用壳聚糖(Chitosan,CHIT)来修饰CNTs制备了CHIT体系的CNTN,并深入研究了不同分子量(Mw<1万、Mw=1-5万和Mw=5-10万)的CHIT和戊二醛(Glutaraldehyde,GA)的加入对CNTN的影响。随着CHIT分子量的增加,附着在CNTs管壁上的CHIT层越厚,形成的CNTN中CNTs的管径越粗,孔隙尺寸也随之减小。GA的添加使得CNTN颗粒变得疏松,并且CNTs之间出现明显的交联。随后,选择了CHIT体系的CNTN制备了CNTN增强的CPC,同时以CNTs增强的CPC作为对照组,研究了CHIT体系的CNTN对CPC性能的影响,并深入研究了不同分子量CHIT制备的CNTN对CPC性能的影响。结果表明,CHIT体系的CNTN不会影响CPC的物相组成;以CNTs/CPC为对照组,发现CNTN的加入会缩短CPC的凝固时间,增强CPC的亲水性,能够增强CPC的力学性能;随着CNTN中CHIT分子量的增加,CNTN/CPC中羟基磷灰石(Hydroxyapatite,HA)的含量逐渐提高、亲水性下降、孔隙率降低并且力学性能逐渐增强。<br> 然后,采用CVD法和自组装制备了RGO-CNTs复合材料。以CVD制备RGO-CNTs时,通过控制水热反应的温度(140℃、160℃、180℃和200℃),制备了微观形貌有所差异的含Fe催化剂前驱体,这些催化剂前驱体经过CVD后得到了产物RGO-CNTs。结果表明,水热反应温度的变化会对前驱体的微观形貌产生影响,从而导致前驱体烧结后制得的样品中的成分产生差异。特别是在水热反应温度为160℃和180℃时制备所得的前驱体在经过CVD后,在GO中生长出大量螺旋状CNTs。同时,以自组装法制备了RGO-CNTs,并深入研究了不同GO/CNTs质量比(3∶7、5∶5、7∶3和9∶1)和不同含量的羧甲基壳聚糖(Carboxymethyl chitosan,C-CHIT)(40.0 wt%,80.0 wt%,120.0wt%和160.0 wt%)的添加对制备所得RGO-CNTs的影响。结果表明,原料配比会影响RGO-CNTs复合材料的微观形貌。
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