生物粘结剂在HAP微球多孔支架表面常温快速凝固微观行为研究

本项目以生物骨多孔支架快速成型制造为研究背景，借助高速摄像机和SEM方法，通过Gibbs能量泛函和最大熵原理建立雾化粘结剂喷洒数学模型；借助XRD和SEM技术对生物粘结剂在羟基磷灰石陶瓷微球表面水化产物和固化胶链产物进行物相、定量分析，建立水化反应和固化反应分子动力学模型；对有效粘结强度和粘结薄膜进行定量定性分析，建立羟基磷灰石陶瓷微球界面尺寸与胶链强度关系数学模型。探索常温（35-37度）下，利用三维快速成型复合活体骨细胞和蛋白酶羟基磷灰石微球生物骨支架理论的科学命题，必将对未来活体生物支架的快速成型极具借鉴意义。系统探索从生物粘结剂的雾化，及其在羟基磷灰石微球表面的水化、固化机理，开创性分析研究了喷洒粘结剂工艺参数对生物支架材料临界尺寸的影响工作，为未来生物医学领域、航空航天轻质多孔支架快速成型奠定理论基础；同时开创性建立从材料微观形态和零件精密加工影响因素计算精密加工工艺参数的理论。

本项目以生物骨多孔支架快速成型制造为研究背景，探索生物粘结剂在羟基磷灰石（Hydroxyapatite， HA）微球表面常温下快速凝固机理。围绕生物骨支架快速成形制造问题，先后开展了基于B/S模式下人工骨支架仿生设计；基于Gibbs能量泛函和最大熵原理建立了生物粘结剂喷洒数学模型和粘结剂在HA微球表面碰撞数学模型；基于分子动力学理论开展了生物粘结剂在羟基磷灰石陶瓷微球表面水化产物和固化机理研究，并建立了生物粘结剂在HA表面的水化和固化反应分子动力学模型；结合粘结剂喷洒于碰撞理论，借助SEM和图像处理方法，建立了羟基磷灰石微球骨支架有效粘结强度和粘结薄膜进行定量定性分析，建立羟基磷灰石陶瓷微球界面尺寸与胶链强度关系数学模型。该项目系统探索了常温（35-37度）下，利用三维快速成形羟基磷灰石微球生物骨支架制造理论的科学命题。该项目所建立的数学模型对目前生物支架的快速成形增材制造理论极具借鉴意义。该项目系统探索了从生物骨支架仿生设计到生物粘结剂雾化、喷洒、碰撞及其在羟基磷灰石微球表面的水化、固化机理，分析研究了喷洒粘结剂工艺参数对生物支架材料临界尺寸的影响工作，为生物医学领域、航空航天轻质多孔支架快速成型奠定理论基础；同时建立了从材料微观形态和零件精密加工影响因素计算精密加工工艺参数的理论。