仿骨相磷酸三钙多孔生物陶瓷制备及降解(3)

2.3 X射线衍射（XRD）分析

对烧结后的陶瓷试样进行X 射线衍射（XRD）分析

经PDF卡片库对比证明陶瓷烧结后的主晶相仍为β－TCP，从图5可以看出主晶相的衍射峰很高且较尖锐、无明显杂质峰存在。所以经过1000℃的烧结后，得到的β－TCP多孔生物陶瓷较纯净，可满足生物材料制备的基本要求。在烧结过程中添加的致孔剂硬脂酸与粘结剂PVA 在高温环境下分解挥发完全，无任何残留，高温烧结保证了制备的β－TCP多孔生物陶瓷试样的纯度。

图4 烧结温度随时间变化曲线Fig.4 Sintering temperature change curve over time

图5 烧结后生物陶瓷的XRD衍射分析Fig.5 XRD diffraction analysis after sintering bioceramics

2.4 扫描电镜分析

使用德国蔡司的SUPRA－40 型场发射扫描电镜对高温烧结的β相磷酸三钙生物陶瓷的表面形貌和内部孔径结构进行分析。制备的多孔β－TCP生物陶瓷为非金属材料，不导电，需要进行喷金处理，扫描结果SEM 图像如图6所示

经过扫描电镜分析β－TCP 生物陶瓷样品的表面形貌如图6（a），看到陶瓷试样表面较致密且存在尺寸不规则的孔洞，孔洞是致孔剂硬脂酸在高温条件下受热分解挥发产生的，表面层致密因模压成型时表面层受力较大而中间层受力相对较小所致。内部孔隙结构如图6（b）所示，在陶瓷试样内部致孔剂硬脂酸在高温环境中分解挥发形成孔隙的效果较好。研究表明：孔径大于10μm 能使细胞进入孔内，15～50μm 可形成纤维组织［8］。图6（b）显示陶瓷内部孔隙尺寸在几微米到几十微米的区间内分布均匀，且孔隙之间相互连通性很好。适当的孔隙有利于细胞长入后形成组织，孔隙间相互贯通有利于毛细血管网络的形成、便于营养成分的输送，更有利于骨骼组织的形成和生长。同时图6（b）中内部孔隙的效果表明陶瓷成型过程中致孔剂与β－TCP粉体混合均匀，加热温度、升温速度和保温时间的控制较合理，避免了加热过快使硬脂酸熔化造成陶瓷试样内部β－TCP粉体粘接团聚。生物陶瓷试样外密内疏的结构模仿了胫骨组织外层到内层逐渐由致密骨骼转变到网状疏松骨骼结构，保证仿骨β－TCP多孔陶瓷材料力学性能的要求。

图6 SEM 扫描图像Fig.6 SEM scanning image

2.5 能谱分析

对高温烧结的仿骨β－TCP 多孔生物陶瓷材料进行能谱分析，使用SUPRA－40场发射扫描电镜所配备的X 射线能谱仪（EDX）对试样进行成分分析确定元素组成，对试样部分进行面扫描得到的扫描结果如图7所示。

图7 EDX成分分析Fig.7 EDX component analysis

由图7 可以看出仿骨β－TCP 生物陶瓷含有O、P、Au以及Ca四种元素，其中Au是在进行电镜分析试验时为使试样导电而对试样表面进行喷金处理产生的，并非试样自身含有的元素。根据图中数据可以计算出钙磷的原子比为1.5，符合β－磷酸三钙的钙磷原子比例，进一步说明制备试样为仿骨β－TCP生物陶瓷。

3 仿骨β－TCP 生物陶瓷体外降解试验

3.1 模拟体液配置

选用一种离子浓度与人体血浆的无机成分相近的溶液作为模拟体液（Simulated Body Fluid SBF），将试样放入模拟人体内生物环境的溶液中通过观察试样的变化来评价β－TCP 的生物活性及降解性［9－10］。本试验配置1.5SBF（1.5SBF为SBF的浓度增加到150%）溶液中［11］，配方及药品如表3所示。

表3 模拟体液（SBF溶液）配方Table 3 Simulated body fluid（SBF）formula序号 成分 质量／g 1 NaCl 11.9919 2 NaHCO3 0.5292 3 KCl 0.3354 4 K2HPO4∶3H2O 0.3423 5 MgCl2∶6H2O 0.1065 6 Na2SO4 0.1387 7

3.2 降解试验

改变致孔剂的添加量15%、20%、25%、30%得到4 组陶瓷样品，其中每组样品取5 个，使用AL204型电子天平对试样进行称重，结果精确到0.01g，按照β－TCP质量与模拟体液体积1g对应100ml的比例进行浸泡，试验在HH－CP－01P型恒温培养箱中进行，温度设定为与人体体温相近的36.8℃，每隔24h对SBF溶液进行更换，每天注意观察变化情况。14天后，取出一部分样品进行成分分析，28天后，再取出一部分样品进行分析。

3.3 试验结果与分析

试验进行到14天，28天时分别取出每组的5个试样，在超声波振荡的条件下用去离子水反复清洗后放在2K－35S型电热真空干燥箱中设定60℃进行干燥，干燥24h后每隔半小时取出称量质量，直到变化不明显时证明试样完全干燥，用AL204型电子天平称量其质量精确到0.01g，并与降解前的质量进行对比，从而得到降解率［9］。

文章来源：《烧结球团》 网址: http://www.sjqtzz.cn/qikandaodu/2021/0616/515.html