冰模板法构建HA/BaTiO3复合多孔支架的微观结构调控机理研究及应用

针对致密生物陶瓷材料及各向同性多孔支架材料在骨组织修复与替代的应用中存在效率低、力学性能差、生物功能性的仿生程度不足等缺点，本项目采用冰模板法制备定向层状多孔陶瓷支架，研究定向层状多孔陶瓷支架微观结构的调控机理。设计水基陶瓷浆料的组分、研究浆料流变性能及其影响因素、修正固液界面能△σ0与分子平均自由能a0、并精细调控冷冻条件，获得微观结构可控且力学性能显着提高的多孔支架制备方法。将压电功能相BaTiO3引入多孔HA支架中，仿生天然骨胶原纤维的压电特性，探索增强骨自愈能力的新途径，研究HA/BaTiO3的不同组分含量与颗粒级配对生物压电复合材料的烧结特性、力学及压电性能的影响规律。本项目的完成将对获得优良力学、压电性能与生物相容性的定向多孔生物压电复合陶瓷支架提供新的思路和理论基础，对拓宽多孔生物陶瓷材料在医学临床上应用具有重要意义。

针对致密生物陶瓷材料及各向同性多孔支架材料在骨组织修复与替代的应用中存在效率低、力学性能差、生物功能性的仿生程度不足等缺点，本项目采用冰模板法制备了定向层状多孔陶瓷支架，研究了定向层状多孔陶瓷支架微观结构的调控机理。首次采用冰模板法制备的层状定向多孔HA/BaTiO3复合支架，为骨组织工程用多孔陶瓷支架材料的制备及应用提供新的途径与参考依据。.设计了水基陶瓷浆料的组分、研究浆料流变性能及其影响因素并精细调控冷冻条件，利用自主设计的精密温场控制设备进一步探讨研究定向多孔支架材料的影响因素，获得了微观结构可控且力学性能显着提高的多孔支架制备方法。首先以HA为材料体系，通过研究影响冰模板制备多孔结构的形成机理，构建了浆料粘度、冷却条件与多孔微观特征之间的关系，提高了对微观结构的调控效率；将压电功能相BaTiO3引入多孔HA支架中，仿生天然骨胶原纤维的压电特性，探讨了BaTiO3的引入对HA多孔支架微观形貌特征、力学性能及生物压电性等方面的影响，研究了HA/BT的组分含量、颗粒级配等对生物压电复合材料的烧结特性、力学及压电性能的影响规律，获得了具有压电功能性的多孔支架材料；对多孔HA/BT支架进行体外细胞培养实验，研究了材料的细胞毒性、细胞粘附、增殖及分化能力，证实了精细调控技术与多孔微观结构、性能之间的协同效应，表明了结构精确可控的制备手段对实现制备临床应用所需多孔材料的重要现实意义。.在国际学术会议上，项目组成员就多孔生物压电陶瓷的制备及结构-性能相关性做了多次口头报告，包括在第九届世界生物材料大会和第四届亚洲生物材料大会等，与功能陶瓷及生物材料领域专家开展深入探讨，广泛交流了最新的研究成果，获得了国际同行的好评与认可。目前在此领域已发表SCI、EI收录论文15余篇，其中包括Scrip. Mater.、Mater. Sci. Eng. C、 Adv. Appl. Ceram.、 Ceram. Int.等功能陶瓷，生物材料与压电领域国际权威期刊，已申请相关专利4项，其中获得授权发明专利3项。