生物活性纳米羟基磷灰石的合成与自组装

• 作 者: 赵科
• 出 处: 扬州大学
• 发表日期: 2020年01期
• 关键词: 羟基磷灰石 牙釉质 自组装 生物活性

近年来,随着生活水平的不断提高,人们的健康意识也越来越强。寻求新型医用材料成为当前研究的一大热点。其中,生物材料领域由于其拥有极大的市场需求而展现出空前的发展前景。现有的生物材料如生物陶瓷,生物高分子材料,生物活性玻璃等材料已远远不能满足需求,因此,需要开发新型生物材料以适应医疗的需求。众所周知,羟基磷灰石(HA)是一种生物相容性良好的生物材料,是人体骨骼和牙齿的主要成分。生物体内骨骼、牙齿由于其内部特殊形貌和结构的HA,具有极大地硬度和耐压、耐磨性能。本研究的主要内容和结论如下:(1)粒径可控的纳米HA的合成。以部分水解角蛋白为模板剂,通过共沉淀法合成了纳米HA。研究了使用模板剂的浓度对合成HA粒径的影响的规律,并与从草鱼鱼鳞中提取的HA进行比较,推测了产生这种影响的原因,最后还进行了体外细胞共培养,以测试其生物相容性。研究结果表明,合成HA的尺寸随着部分水解角蛋白浓度的提高而逐渐变小。此外,细胞实验证明了此方法合成的HA具有良好的生物相容性。(2)多孔片状HA的合成。使用少量聚乙烯醇(PVA)作为模板,通过水热法合成HA。研究了使用模板剂的浓度对合成HA形貌的影响规律,并提出了其中可能的机理,还与使用聚乙烯吡咯烷酮(PVP)为模板在相同条件下合成的HA进行对比来验证机理。结果表明,随着PVA浓度的增加,HA从颗粒状转变为多孔的片状结构,这可能是因为PVA提供了周期性排列的成核位点,可使HA环绕其分子链生长导致的,而以PVP为模板合成的HA均为颗粒状或棒状。此外,还测试了以PVA为模板合成的HA的体外细胞毒性,结果表明这些样品基本无细胞毒性。(3)自组装HA仿牙釉质微纳结构的制备及复合。分别使用硬脂酸钙和油酸钙为钙源通过水热法一步合成了具有有序结构的磷酸钙盐,猜测了形成结构的原理。但考虑到这两种方法原料转化率低,合成的产物中含有少量难以去除的有机物,这会严重影响后期的力学性能,并且合成条件较为苛刻,难以大量制备和应用。因此改变思路,设计了一种两步合成有序结构HA的方法,即先将油酸钙转化为单晶态的磷酸钙盐,然后将此磷酸钙盐作为前驱体,在碱性溶液中转化为HA,SEM照片显示得到的产物有类似牙釉质的微观有序结构。在此,我们提出了此转化过程的拆分-自组装过程的猜想。后续我们将自组装HA样品与PMMA复合,测试其纳米级硬度和模量,发现其纳米力学强度已十分接近天然牙釉质。通过热重分析测得不同条件下得到的复合材料的有机物含量为18.53%～22.91%。此外,还测试了 HA复合前后材料的体外细胞毒性,发现它们对细胞生长具有不同程度的促进作用。