碳纳米管基复合材料的制备及在PMMA骨水泥中的应用研究

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1、国内图书分类号：TB324,TB34,RS318.08密级：公开国际图书分类号：541.43西南交通大学研究生学位论文碳纳米管基复合材料的制备及在PMMA骨水泥中的应用研究年级2015级姓名唐荣平申请学位级别工程硕士专业材料工程指导老师卢晓英副教授二零一八年五月ClassifiedIndex:TB324,TB34,RS318.08U.D.C:541.43SouthwestJiaotongUniversityMasterDegreeThesisPREPARATIONOFCARBONNANOTUBE-BASEDCOMPOSITESANDITSAPPLICATIONINPMMABONECEME

2、NTGrade:2015Candidate:TangRongpingAcademicDegreeAppliedfor:MasterSpeciality:BiomedicalEngineeringSupervisor:AssociateProfessorLuXiaoyingMay,2018本论文得到以下项目资助国家自然科学基金(No.51602266)“基于电磁响应引发生物学效应的羟基磷灰石基纳米复合材料”西南交通大学学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权西南交

3、通大学可以将本论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复印手段保存和汇编本学位论文。本学位论文属于1．保密□，在年解密后适用本授权书；2．不保密，使用本授权书。（请在以上方框内打“√”）西南交通大学硕士学位论文主要工作（贡献）声明本人在学位论文中所做的主要工作或贡献如下：1、通过气相沉积（CVD）法，以氧化石墨烯（GO）、Al2O3、SiO2、MgO为载体成功制备了兼有导电性和磁性的碳纳米管基复合材料；2、通过仿生浸泡法研究了兼有导电性和磁性的碳纳米管基复合材料的体外矿化活性，重点考察了在矿化过程中，施加不同的刺激方式（直流电流、电磁场、静磁场、直流电流和

4、电磁场双刺激以及直流电流和静磁场双刺激）以及矿化液的不同（模拟体液、加速钙化液、过饱和磷酸钙溶液）对碳纳米管基复合材料矿化产物的结构、电导率和磁性能的影响；3、将矿化后的兼有导电性和磁性的碳纳米管基复合材料引入聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）骨水泥中，成功制备了兼有导电性和磁性的PMMA骨水泥，并深入探讨了添加量的不同对骨水泥的抗压力学性能、最高固化温度和固化时间、电性能、磁性能的影响；4、通过体外MSCs细胞实验，考察了不同静磁场强度（20mT，60mT，130mT）和不同刺激方式（直流电流（10mA），电磁场（20mT），直流电流（10mA）和电磁场（20mT））和对兼有导电性和磁性PM

5、MA骨水泥的细胞相容性的影响。本人郑重声明：所呈交的学位论文，是在导师指导下独立进行研究工作所得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的研究成果。对本文的研究做出贡献的个人和集体，均已在文中作了明确说明。本人完全了解违反上述声明所引起的一切法律责任将由本人承担。学位论文作者签名：日期：西南交通大学硕士研究生学位论文第I页摘要聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）骨水泥由于易于塑形、力学强度高和固化时间短等优点，在临床上已经广泛应用于骨修复。但是PMMA骨水泥抗压强度远高于抗拉强度，容易发生脆性断裂，长期承重，容易引起疲劳性断裂，而且骨水泥在聚合过程中放出

6、大量的热量，造成周围的正常组织坏死，PMMA骨水泥还不能在体内降解，生物活性低，这些缺点都使它的应用受到一定的限制；因此，对PMMA骨水泥的改性尤为重要。骨具有压电效应，因此电刺激能促进骨组织的生长和修复，而磁性生物材料能够应用于生物医学磁热疗、药物靶向治疗；碳纳米管（CNTs）具有高比表面积、良好的力学性能、电性能、热性能和一定的磁性能，是一种理想的增强材料。所以将碳纳米管基复合材料引入PMMA骨水泥中，可提高PMMA骨水泥的骨修复能力。首先，本论文通过气相沉积（CVD）法，以氧化石墨烯（GO）、Al2O3、SiO2、MgO为载体制备碳纳米管基复合材料，并对制备GO载体的碳纳米管基复合

7、材料的工艺进行了优化，同时利用正交法优化了制备MgO载体碳纳米管基复合材料的气相沉积过程的工艺。结果表明，GO载体碳纳米管基复合材料最高电导率为125.67S/m，饱和磁化强度为4.87emu/g；以Al2O3、SiO2、MgO为载体制备碳纳米管基复合材料中，MgO载体碳纳米管基复合材料的CNTs电导率和饱和磁化强度最高，分别为2630.53S/m和31.35emu/g；考虑到导电和磁性介质应具有良好导电性能和磁性能，本论文选用Mg