CF表面梯度烧结保护-纳米HA涂层的构筑及其实现增强HA人工骨材料的基础研究

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AI项目解读

基本信息

  • 批准号：
    51772179
  • 项目类别：
    面上项目
  • 资助金额：
    59.0万
  • 负责人：
    赵雪妮
  • 依托单位：
    陕西科技大学
  • 学科分类：
    E0210.无机非金属类生物材料
  • 结题年份：
    2021
  • 批准年份：
    2017
  • 项目状态：
    已结题
  • 起止时间：
    2018-01-01 至2021-12-31

项目摘要

As a kind of artificial bone materials, hydroxyapatite (HA) has restricted its applications as load-bearing bones because of its poor mechanical properties especially brittleness. Carbon fibers (CF) are used as a kind of ideal reinforcing material to enhance HA. Because of oxidation damage during sintering process of CF caused by HA dehydroxylation and decomposition, and coefficient of thermal expansion mismatch between CF and HA matrix, the mechanical properties of composites did not reach the level of theoretical prediction. To solve the problems above, the research intends to prepare C-Si-Al gradient coatings on CF surface using magnetron sputtering. After that, Al coating in the C-Si-Al gradient coatings would be transformed into the nano porous Al2O3 by combining anodic oxidation and heat treatment. Nano HA would grow by embedding in porous Al2O3 by hydrothermal synthesis method by solution immersing nano pores. Gradient protective coating during sintering process–nano HA coatings would be obtained. Design and controllable preparation of CF/gradient protective coating during sintering process–nano HA/HA composites would be achieved. The research plans to investigate the process and mechanism oxidation of CF. The preparation technology, formation and protection mechanism of protective coating during sintering process–nano HA coatings on the CF is to be investigated. It would be studied that the bonding characteristics of interface, between CF, coatings, and HA matrix, relationship between microstructure and properties of composites, enhancing and toughening mechanism of composites. The biological properties, and response characteristic of bone tissue of the composites would be studied in vitro and in experimental animals. This research would lay a theoretical basis for the preparation and clinical application of artificial bone composites.
羟基磷灰石（HA）人工骨材料力学性能较差特别是脆性大限制了其在承重部位的应用。碳纤维（CF）是HA的理想增强体之一，但烧结过程中HA的脱羟与分解导致CF氧化损坏、CF与HA之间热膨胀系数不匹配使CF的增强增韧效果远未达到预测水平。针对以上问题，本项目拟在CF表面磁控溅射制备C-Si-Al梯度涂层后，采用阳极氧化及热处理将Al层转化为纳米多孔Al2O3，通过纳米孔渗入水热合成法在孔内嵌入生长纳米HA，形成梯度烧结保护-纳米HA涂层。设计、可控制备CF/烧结保护-纳米HA/HA复合材料。项目系统分析烧结过程中CF氧化损坏过程及机制，研究涂层的制备工艺、形成过程和烧结保护机理；研究CF、涂层和HA基体之间的界面结合特性，复合材料微观结构和力学性能关系及强韧机理；揭示复合材料在体外、动物体内的生物学性能和骨组织响应特性。该研究有望为具有生物、力学相容性的人工骨复合材料的制备和临床应用奠定理论基础。

结项摘要

羟基磷灰石（HA）人工骨材料力学性能较差特别是脆性大限制了其在承重部位的应用。碳纤维（CF）是HA的理想增强体之一，但烧结过程中HA的脱羟与分解导致CF氧化损坏、CF与HA之间热膨胀系数不匹配使CF的增强增韧效果远未达到预测水平。针对以上问题，本项目主要研究内容和结果如下：.在CF表面磁控溅射制备C-Si-Al涂层后，采用阳极氧化及热处理将Al层转化为Al2O3并在其表面制备纳米HA涂层，形成烧结保护-纳米HA涂层。获得性能优异的烧结保护涂层、烧结保护-纳米HA涂层制备工艺。揭示了烧结保护涂层对CF的保护机理和Al2O3-纳米HA复合涂层的形成机理。.阐明所构筑涂层在CF表面与HA基体之间的作用机制、复合材料微观结构和性能的关系。确定具有优异力学性能复合材料的CF分布状态。掌握涂层对CF（单丝、复丝）力学性能的影响规律和CF与涂层之间的界面结合特性。获得综合力学性能良好的CF/烧结保护涂层/HA复合材料、CF/烧结保护-纳米HA/HA复合材料及其强韧机理和涂层的烧结保护机制。通过烧结保护和生物活性涂层的构建，充分发挥CF增强增韧效果，提升了复合材料的力学性能。.采用水热合成法制备了纳米Mg掺杂HA(Mg-HA)粉体，在较低温度下烧结制备了CF/Mg-HA复合材料；以CF为造孔剂，构建了兼具优异力学性能和生物学性能的定向微通道Mg-HA陶瓷，发展了均匀分布的定向微通道强韧陶瓷新方法；研发了连续纤维增强陶瓷基人工骨的3D打印装置，实现连续CF/HA骨支架的3D打印。.研究了涂层CF/HA复合材料、CF/Mg-HA复合材料、定向微通道Mg-HA陶瓷、连续CF/HA骨支架诱导磷灰石形成能力、体外细胞和体内骨组织响应特性。所获得的HA基生物陶瓷具有良好的生物活性和成骨诱导能力。项目研究为具有优良生物、力学相容性的人工骨复合材料和HA基生物陶瓷的制备和临床应用奠定了理论基础。

项目成果

期刊论文列表
专著列表
科研奖励列表
会议论文列表
专利列表
Sintering Behavior and Mechanical Properties of Mullite Fibers/Hydroxyapatite Ceramic.
莫来石纤维/羟基磷灰石陶瓷的烧结行为及力学性能
  • DOI：
    10.3390/ma11101859
  • 发表时间：
    2018-09-29
  • 期刊：
    Materials (Basel, Switzerland)
  • 影响因子：
    --
  • 作者：
    Zhao X;Liu Q;Yang J;Zhang W;Wang Y
  • 通讯作者：
    Wang Y
Controllable preparation of SiC coating protecting carbon fiber from oxidation damage during sintering process and SiC coated carbon fiber reinforced hydroxyapatite composites
可控制备保护碳纤维烧结过程氧化损伤的SiC涂层及SiC涂层碳纤维增强羟基磷灰石复合材料
  • DOI：
    10.1016/j.apsusc.2018.04.164
  • 发表时间：
    2018-08
  • 期刊：
    Applied Surface Science
  • 影响因子：
    6.7
  • 作者：
    Zhao Xueni;Wang Xudong;Xin Hua;Zhang Li;Yang Jianjun;Jiang Guozhan
  • 通讯作者：
    Jiang Guozhan
碳纤维表面处理及熔盐电镀Al涂层的研究
  • DOI：
    --
  • 发表时间：
    2019
  • 期刊：
    材料导报
  • 影响因子：
    --
  • 作者：
    赵雪妮;杨建军;何富珍;张黎;王瑶;张伟刚;刘庆瑶
  • 通讯作者：
    刘庆瑶
Fabrication of Al2O3 by anodic oxidation and hydrothermal synthesis of strong-bonding hydroxyapatite coatings on its surface
阳极氧化制备Al2O3并水热合成其表面强结合羟基磷灰石涂层
  • DOI：
    10.1016/j.apsusc.2018.11.216
  • 发表时间：
    2019-03
  • 期刊：
    Applied Surface Science
  • 影响因子：
    6.7
  • 作者：
    Xueni Zhao;Weigang Zhang;Yao Wang;Qingyao Liu;Jianjun Yang;Li Zhang;Fuzhen He
  • 通讯作者：
    Fuzhen He
Finite element analysis and experiment study on the elastic properties of randomly and controllably distributed carbon fiber-reinforced hydroxyapatite composites
随机可控分布碳纤维增强羟基磷灰石复合材料弹性性能有限元分析及实验研究
  • DOI：
    10.1016/j.ceramint.2021.01.120
  • 发表时间：
    2021-01
  • 期刊：
    Ceramics International
  • 影响因子：
    5.2
  • 作者：
    Xueni Zhao;Zhenzhen Gui;Xueyan Chen;Weigang Zhang;Pu Yang;Jiamei Zheng;Ao Liu
  • 通讯作者：
    Ao Liu

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基于单因子混合分布的BDS定价模型
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赵雪妮的其他基金

磁电化学法制备碳/碳复合材料定向羟基磷灰石/胶原复合涂层的基础研究
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课题项目：调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要：

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题，其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子，其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而，TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用，影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法，探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用，为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义，并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路：

科学问题：TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达？
前期研究：已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应，但其具体机制尚不明确。
研究创新点：本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线：包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术：TRIM2与病毒RNA的相互作用分析，IFN-β启动子活性检测。
实验模型：使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

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          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
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