论文摘要
生物矿化是指生物体系中具有特殊的高级结构和组装方式的生物矿物形成过程。生物矿化过程中,细胞分泌的自组装有机物对无机物的形成起模板作用,使无机矿物具有一定的形状、尺寸、取向和结构。本文研究的目的是通过生物矿化法合成多形貌纳米羟基磷灰石（n-HA）粉体及镁、钛的磷酸盐,并通过对其结构性能进行表征来研究生物矿化合成机理。本论文简要介绍了纳米生物材料与生物技术。分析了目前国内外对n-HA生物材料的研究及应用进展,介绍了制备n-HA的方法。本研究主要通过绿色仿生法合成了具有不同微观形貌的n-HA粉体,并详细介绍了生物矿化机理。实验部分通过设计正交实验,选择不同的合成条件,例如:生物表面活性剂种类、溶液pH值、矿化时间、煅烧温度、保温时间等来合成n-HA。通过测量合成样品比表面积来选择最优的合成条件。实验结果表明,煅烧温度为300℃时,粉体样品的比表面积达到最大值。在低pH值（5.5-6.5）,随着矿化时间的延长,以卵清蛋白为模板时,可以得到比表面积约100m2/g磷酸钙材料。随着pH值的升高,溶液的酸碱度对合成粉体的BET影响程度逐渐减小。而生物表面活性剂的活性受溶液酸碱度的影响较大,在碱性较高的条件下,活性较高的生物碱为模板时可以得到比表面积达129m2/g的粉体材料。而以卵清蛋白为模板时,由于矿化时间较短、pH值较高,粉体样品的BET值仅为80m2/g。当矿化时间较长或经低温300℃热处理时,可得到BET值90-115m2/g的粉体。综合分析,以卵清蛋白为模板进行仿生合成,不仅原料丰富、成本低,而且工艺简单、条件温和、可得到比表面积较高的n-HA粉体。根据正交实验得到的结果,选择最佳合成工艺,分别合成了介孔羟基磷灰石-焦磷酸钙（HA-CPP）多晶材料、低温相转变羟基磷灰石/蛋白质（HA/Protein）复合材料、羟基磷灰石大颗粒及微生物细胞合成白磷镁石（Mg3（PO4）2·8H2O）和无定形磷酸钛（Ti3（PO4）4）。并利用比表面积测试（BET）、X衍射（XRD）、佛利叶红外光谱（FTIR）、紫外-可见光谱（UV-VIs）、透射电镜（TEM）、原子力显微镜（AFM）对材料微观结构进行了表征。结果表明,该仿生法合成了有序孔径在6.67 nm的介孔HA-CPP多晶材料,并用溶致钙液晶模板理论对介孔结构的形成机理进行了探讨。同时,以卵清蛋白为模板合成的HA/Protein复合材料,其HA晶体可以在550℃低温下直接转变成磷酸三钙（β-TCP）（β-Ca3（PO4）2）,并分析了蛋白质导向下低温相转变n-HA的矿化合成机理。在常温下,HA大颗粒的制备及微生物模板作用下白磷钛石和无定形磷酸钛的合成充分表明生物大分子在矿化过程中,控制无机离子的成核生长,对材料的结晶度、表面形貌等都具有重要影响。通过测定Zeta电位、电导率、介电常数及发射和吸收光谱对合成材料的电学、光学性能进行了表征。由Zeta电位值可知,颗粒表面电荷的性质与制备方法有关,而与热处理温度及保温时间无关。经过长时间矿化的n-HA表面均带有正电荷,这是由表面活性剂与颗粒之间的化学键结合及空气中CO2与溶液中PO43-之间的取代作用引起的。粉体的电导率值随煅烧温度的变化而变化,表明表面活性剂与颗粒之间的结合状态逐渐改变（FTIR）。由介电常数分析结果可知,未加任何表面活性剂制备的HA样品,其介电常数为330,远远大于仿生法合成的n-HA。对其进行微波处理后,其介电常数会急剧下降,其影响程度与加入表面活性剂相当。样品的吸收及发射光谱分析的主要目的是开拓仿生法合成样品的新性能。本实验的创新之处在于,通过绿色仿生合成法,在温和条件下合成了具有多种形貌的纳米磷酸盐材料。介孔HA-CPP多晶材料的合成使其在作为药物载体方面有广泛的应用前景。低温相转变HA/Protein复合材料的制备有望合成可内生长的磷酸钙骨水泥。对其光电性能的研究可探讨材料的新用途,例如,荧光标识,荧光成像技术等。
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标签：纳米羟基磷灰石论文; 生物表面活性剂模板论文; 绿色仿生合成论文; 介孔结构论文;