【正文】 磷灰石納米晶體；水熱法；生物陶瓷材料；蛋白質(zhì)吸附Hydrothermal synthesis of hydroxyapatiteAbstract：Hydroxyapatite has been widely used in biomedical field as its good biopatibility. The protein adsorption attracted increasing attention in the field of HA based biomaterials. In this paper, hydroxyapatite was synthesized by the hydrothermal method using calcium nitrate (Ca(NO3)2) and ammonium phosphate ((NH4)3PO4) as raw materials. The structure and morphology of synthesized HA were characterized by XRD and TEM. The protein adsorption of HA was tested by the UVVIS spectrophotometer. The results showed that the higher hydrothermal temperature was contributed to higher crystallinity and smaller particles. Nano HA powders which had good crystallinity were synthesized when the concentration of reactants is ℃,which led to better adsorption properties of HA to the bovine serum albumin ( BSA).Key words：Hydroxyapatite ；Hydrothermal；Nano particles；Protein adsorption目 錄摘要 IIAbstract III1 緒論 1 羥基磷灰石的結(jié)構(gòu)與性質(zhì) 1 羥基磷灰石的結(jié)構(gòu) 1 羥基磷灰石的物理與化學(xué)性質(zhì) 3 羥基磷灰石的其他性質(zhì) 3 羥基磷灰石粉體的制備方法 4 　沉淀法 4 　溶膠凝膠法 4 　水熱法 4 　超聲波合成法 5 　固態(tài)合成法 5 　自蔓延高溫合成法 5 水熱法制備HA粉體的研究現(xiàn)狀 6 水熱法的應(yīng)用 6 水熱法制備HA的發(fā)展 7 提出本課題的目的以及研究內(nèi)容 82 實(shí)驗(yàn)方法 9 實(shí)驗(yàn)過程 9 實(shí)驗(yàn)原料 9 實(shí)驗(yàn)儀器 9 HA粉體制備工藝流程 9 蛋白質(zhì)的吸附實(shí)驗(yàn)過程 11 性能表征 11 TEM分析 11 XRD分析 12 紫外分光光度計(jì)分析蛋白質(zhì)的吸附 123 水熱法制備納米HA工藝過程研究 14 工藝參數(shù) 對(duì)粉體性能的影響 14 沉淀性能 14 TEM分析 17 XRD分析 22 HA的水熱制備機(jī)理 23 水熱法前驅(qū)物的溶解機(jī)制 23 水熱法晶核形成機(jī)理 24 水熱法制備HA的機(jī)理 244 蛋白質(zhì)的吸附研究 26 水熱溫度對(duì)HA吸附蛋白質(zhì)的影響 26 高溫?zé)崽幚韺?duì)HA吸附蛋白質(zhì)的影響 275 結(jié)論 31參考文獻(xiàn) 32致謝 341 緒論自19世紀(jì)九十年代以來, 生物材料學(xué)領(lǐng)域得到了飛速的發(fā)展, 無機(jī)生物醫(yī)用材料的科學(xué)研究以及其應(yīng)用十分的活躍, 其中十分受關(guān)注的是羥基磷灰石(hydroxyapatite , 簡稱HA 或HAP)活性陶瓷材料的科學(xué)研究和臨床應(yīng)用。4H2O） 和磷酸銨（( NH4)3PO4分子的狀態(tài)變化是從分散態(tài)變化為凝聚態(tài)，其結(jié)構(gòu)變化是從無序變化為短程有序，最后形成長程有序的晶體。且a軸與 c 軸互相垂直。1．1．3 羥基磷灰石的其他性質(zhì)（1）羥基磷灰石具有的生物降解性有關(guān)的科學(xué)研究結(jié)果表明，HA幾乎不溶于水溶劑中[6] 。（3）羥基磷灰石的生物相容性HA 與人體骨骼中的主要的無機(jī)成分在組成上是十分相近的，且它具有非常好的生物活性與生物相溶性，在人體植入HA晶體后，由于人體的組織液的作用，HA晶體中的鈣元素和磷元素將彌散到需要修復(fù)的組織的表面，與人體骨骼組織緊密地結(jié)合在一起，形成比較強(qiáng)的相互作用，從而促進(jìn)了受損骨組織的修復(fù)。此法是把醇鹽樣品溶解在有機(jī)溶劑里,往醇鹽中加入蒸餾水使其水解或者醇解，再發(fā)生聚合反應(yīng), 最后變成溶膠,。且合成過程是在相對(duì)較低的溫度環(huán)境中進(jìn)行, 反應(yīng)的條件不苛刻, 所需設(shè)備簡單易得, 消耗的電能少。 .4 　超聲波合成法超聲波的波長相對(duì)于分子的大小來說十分巨大，故其不能對(duì)分子起直接的作用，而是間接地影響分子。又被稱為燃燒合成技術(shù)，是利用化學(xué)反應(yīng)放熱（自加熱和自傳導(dǎo)作用）以制備無機(jī)化合物的高溫材料的新技術(shù)。根據(jù)經(jīng)典的晶體生長理論[17]，水熱條件下的生長包括以下步驟：（1）營養(yǎng)料在水熱介質(zhì)里溶解，以離子、分子團(tuán)的形式進(jìn)入溶液（溶解階段）；（2）由于體系中存在十分有效的熱對(duì)流以及溶解區(qū)和生長區(qū)之間的濃度差，這些離子、分子和離子團(tuán)被運(yùn)輸?shù)缴L區(qū)（運(yùn)輸階段）；（3）離子、分子或離子團(tuán)在生長界面上的吸附、分解與脫附；（4）吸附物質(zhì)在界面上的運(yùn)動(dòng)；（5）結(jié)晶。生長基元模型將晶體的生長條件、結(jié)晶形貌以及晶體的結(jié)構(gòu)合理地進(jìn)行了統(tǒng)一, 對(duì)許多實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象進(jìn)行合理的解釋。 在1990年，[19]研究人員通過水熱法合成了含有碳酸根的HA晶須，并對(duì)它的微觀形態(tài)進(jìn)行了科學(xué)研究。由大量的實(shí)驗(yàn)總結(jié)得出這個(gè)結(jié)論：隨者水熱反應(yīng)的溫度的上升以及反應(yīng)時(shí)間的變長，HA晶體的生長將越趨向于完整。徐光亮[22]等人按一定的鈣磷比將化學(xué)純的一水磷酸氫氨和碳酸鈣完全混合,再將混合粉末放進(jìn)加入了蒸餾水的高壓釜里 ,然后使高壓釜在不同的時(shí)間段和溫度下發(fā)生水熱反應(yīng),反應(yīng)之后取出HA試樣,干燥之后即能得到晶粒十分完整、結(jié)晶程度完好、分散性比較好、顆粒直徑小于100nm的HA粉體。因此對(duì)羥基磷灰石進(jìn)行細(xì)致以及開發(fā)性的研究是十分有必要的。 4H2O)，化學(xué)純（CP），國藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司；一水檸檬酸(C6H8O7 實(shí)驗(yàn)過程如圖22：圖22 蛋白質(zhì)吸附實(shí)驗(yàn)過程10ml BSA溶液混合、超聲分散靜置24h10min取上層清液離心20min測吸附性能 性能表征 實(shí)驗(yàn)的圖片由后置攝像頭像素為1300萬像素的華為G9青春版手機(jī)拍攝。最后就能在熒光屏上察觀到經(jīng)物鏡、中間鏡和投影鏡放大后的電子圖象，且該圖像有一定的襯度和放大倍數(shù)。晶體可代替X光的光柵，眾多數(shù)目的粒子將產(chǎn)生相干散射的現(xiàn)象影響到光的干涉作用，最后導(dǎo)致散射的X射線強(qiáng)度的降低或者增高。本實(shí)驗(yàn)采用TU1901型紫外分光光度計(jì)測定蛋白質(zhì)的含量，相關(guān)參數(shù)設(shè)置如表21：表21 TU1901型紫外分光光度計(jì)測定蛋白質(zhì)含量的測試條件WL(A1,A2)Df(A1,A2)pf(A1,A2)320nm背景校正校正系數(shù)：其具體測試過程為用比色皿量取一定量的離心后的溶解了HA的蛋白質(zhì)溶液，然后在以蒸餾水為空白試樣校零后的TU1901型紫外分光光度計(jì)[28]里的蛋白質(zhì)測試應(yīng)用中檢測，通過一定順序的操作可以得到被測溶液的蛋白質(zhì)濃度,最后對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行保存、整理和分析。與第三組圖相比，第四組圖有極大的變化，其中最后三個(gè)溫度條件下制備的溶液都發(fā)生了沉降現(xiàn)象，與第三組的只有兩個(gè)沉降現(xiàn)象不同。與第六組相比，第七組中樣品的變化主要有兩點(diǎn)：第一點(diǎn)是170℃水熱條件下的試樣上層液體在顏色上有一些變化；第二點(diǎn)是水熱溫度為180℃的試樣上層液體顏色變?yōu)楹诰G色，較之第七組對(duì)應(yīng)的試樣顏色更深。而在溫度為150℃、160℃、170℃以及180℃的環(huán)境中水熱制備的溶液可以離心出固體，其中離心效果最好的是170℃以及180℃的試樣，可以將其中的固體完全離心出來，150℃以及160℃溫度條件下的試樣在離心后有小部分沉淀物懸浮在沉淀出的固體表層，160℃試樣沉淀的固體表層的懸浮物極為稀少，150℃試樣的沉淀物表層的懸浮物很多，這說明這兩個(gè)溫度的試樣離心不完全，與長時(shí)間靜置后發(fā)生的沉降現(xiàn)象吻合。從e與f圖中可知此溫度下通過標(biāo)準(zhǔn)的實(shí)驗(yàn)過程利用水熱制備的HA顆粒分散性極好，幾乎無團(tuán)聚現(xiàn)象。 XRD分析 如圖37，對(duì)水熱法制備的HA粉體進(jìn)行了XRD測試，為了更好的做對(duì)比，我做了三個(gè)反應(yīng)物濃度的試樣，、圖中紅色虛線代表的是羥基磷灰石的標(biāo)準(zhǔn)峰，橫坐標(biāo)中θ代表的是衍射角度，縱坐標(biāo)代表的是衍射后的強(qiáng)度。圖37 不同濃度反應(yīng)物制備HA粉體的XRD圖 HA的水熱制備機(jī)理 水熱法前驅(qū)物的溶解機(jī)制許多前驅(qū)物在溶液里有一定的溶解度, 應(yīng)使水熱反應(yīng)開始前溶液中的結(jié)晶相物質(zhì)有一定的濃度, 這樣晶體的生長速度才更快。 均相成核系統(tǒng)中,雙分子發(fā)生反應(yīng)的過程中溶質(zhì)分子間的相互締合最終導(dǎo)致了晶核胚胎的形成。水熱反應(yīng)在原料定量的條件下發(fā)生的, 故而只要反應(yīng)一定的時(shí)間,前驅(qū)物會(huì)漸漸地溶解且生成新結(jié)晶相, 溶液的過飽和度也將會(huì)隨之降低, 最后趨向于穩(wěn)定。g/ml)根據(jù)上表的數(shù)據(jù)，制得HA的水熱溫度對(duì)其吸附蛋白質(zhì)的影響圖（如圖41），下圖以HA的水熱溫度為橫坐標(biāo)，以含HA的蛋白質(zhì)溶液測得的蛋白質(zhì)濃度為縱坐標(biāo)，清晰地描繪出了此種情況下他們之間的關(guān)系。根據(jù)上圖可得一個(gè)事實(shí)，在這個(gè)溫度范圍中，180℃水熱溫度條件下制備的HA對(duì)蛋白質(zhì)的吸附作用最強(qiáng)。對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，可得燒結(jié)后的HA對(duì)BSA吸附量和水熱溫度的關(guān)系如表44:表44 燒結(jié)后的HA吸附BSA的量和水熱溫度的關(guān)系溶液中HA的水熱溫度150℃160℃170℃180℃HA吸附BSA的量(181。(2) 在水熱法制備HA晶體的過程中，配置的溶液反應(yīng)物濃度不宜過高，晶粒極小且晶格缺陷少。Lime,1990,227:19一27[20],IlydrotllerlllalSy:ltllesisof Needlelike A Patite Cyrstal,TheChe一nicalSoeietyofjaPa,1,1991,(10):1402一1407[21] , uraeta,Preparation of Needle like HydroxyaPatite by Homogeneous PreeiPitatiol urlderl Hydrotllerlllal Corlditions,. 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