面曝光固化成型羟基磷灰石支架的工艺研究

作     者：刘春春 

作者单位：北京工业大学 

学位级别：硕士

导师姓名：陈继民

授予年度：2017年

学科分类：08[工学] 080501[工学-材料物理与化学] 0805[工学-材料科学与工程（可授工学、理学学位）] 080502[工学-材料学] 

主      题：增材制造 面曝光 羟基磷灰石 支架成型 烧结工艺 

摘      要：增材制造技术是以数字化三维模型为基础,通过将材料逐层堆叠成型的新兴制造技术,是先进制造技术的主要组成部分,善于快速实现个性化定制。其中,面曝光固化成型工艺在光固化成型(stereolithography appearance,SLA)上发展而来,属于增材制造技术,在成型效率及精度上具有独特优势。骨缺损修复问题在骨科领域十分活跃,骨组织支架的个性化定制具有迫切的临床需求。因此,将面曝光技术应用于骨组织工支架制备具有重大的现实意义。羟基磷灰石(hydroxyapatite,HA)作为人骨矿物质的主要成分,在骨组织工程支架方面有着广泛的应用,利用面曝光固化技术实现HA支架成型具有重要的现实意义。面曝光固化技术成型HA支架,研究骨组织工程支架浆料配置及固化工艺。以HA粉末和光敏聚合物为原料,配置成型浆料,用于面曝光固化成型羟基磷灰石支架。通过粘度测试分析,选择羟基磷灰石含量为30wt%到40wt%的浆料进行固化性能测试,通过单层曝光固化试验获得配置浆料的成型曝光参数,完成支架的成型过程。分析支架的烧结工艺,对脱脂处理及高温烧制进行试验分析。根据热分析数据,判断粘结剂在500℃基本完成分解,在500℃以下,以1℃/min的速率升温可保证粘结剂的分解过程不影响支架结构。通过正交试验分析了浆料成分比例、烧结温度、保温时间对支架各项性能的影响,确定羟基磷灰石含量为40wt%的浆料,在1200℃下保温2h,能获得较优的性能指标。优化了烧结过程工艺参数后,对制备出的支架进行相分析及微观组织形貌观察,对最优工艺制备的支架进行性能测试与评价。面曝光固化成型的支架具有良好的力学性能,有一定的强度取向,分层切片方向的抗压强度为11.69MPa,显著优于曝光平面方向的抗压强度4.80MPa。支架的生物性能评价,使用小鼠胚胎成骨前体细胞MC3T3-E1与支架进行体外联合培养,通过SEM观察细胞在支架上良好的粘附状态,吸光度的测定也证明了其良好的增殖状态,在一定程度上验证了支架具有生物相容性。本文结合面曝光固化成型工艺和烧结处理技术,制备了HA支架,对整个工艺过程进行了改进与优化,通过测定了支架的力学性能及生物学性能验证了其临床适用性。