【正文】 SHS 技術(shù)能制備出HA納米顆粒。合成的HA粉體具有純凈度高、成分非常均勻、顆粒的尺寸大小很適宜以及無(wú)硬團(tuán)等性質(zhì)。 水熱法制備HA粉體的研究現(xiàn)狀 水熱法的應(yīng)用將裝有用蒸餾水制得的樣品水溶液的特質(zhì)的密閉反應(yīng)容器（通常為高壓釜）置于高溫高壓的環(huán)境中，把原來(lái)比較難溶或者不溶的固體溶解且發(fā)生重結(jié)晶反應(yīng)，, 可把水熱法這幾大類：水熱處理、水熱反應(yīng)、水熱晶體生長(zhǎng)、水熱燒結(jié)、水熱合成等, 這些實(shí)驗(yàn)處理的效果是制備各種單晶, 獲得特別細(xì)、無(wú)團(tuán)聚（或者團(tuán)聚少）以及結(jié)晶程度十分好的粉體,可以實(shí)現(xiàn)部分有機(jī)反應(yīng)或者處理部分危害到人類生活的環(huán)境中的有機(jī)廢棄物, 以及在低于其他方法所需的溫度條件下實(shí)現(xiàn)對(duì)一些陶瓷材料的燒結(jié)處理等.。所謂“ 特殊水熱法” 指除普通的水熱條件反應(yīng)體系外再設(shè)置不同的作用力場(chǎng)，即為特殊水熱法, 該法所用的作用力場(chǎng)有磁場(chǎng)、直流電場(chǎng)以及微波場(chǎng)等,不但在科學(xué)實(shí)驗(yàn)里持續(xù)研究以及應(yīng)用了這種方法, 而且在人工水晶的規(guī)?；a(chǎn)中應(yīng)用了水熱生長(zhǎng)體。不同的水熱反應(yīng)條件下生長(zhǎng)的同種晶體可能生成結(jié)晶得形貌會(huì)不相同。故而研究人員通過(guò)大量實(shí)驗(yàn)結(jié)果的分析與總結(jié)的提出 “ 生長(zhǎng)基元”的 理論模型.。水熱反應(yīng)的條件影響著聚合體的大小及結(jié)構(gòu)。生長(zhǎng)基元的疊合生長(zhǎng)以晶面結(jié)晶的取向要求為基礎(chǔ), 界面上生長(zhǎng)基元疊合生長(zhǎng)的難易客觀反映了此面族生長(zhǎng)的速率。水熱法制得的樣品有下列的特點(diǎn)：⑴在氣氛和壓力能控制的密封的系統(tǒng)中進(jìn)行晶體生長(zhǎng)的過(guò)程，可以得到用其他方法制備材料所難以獲得的某些物相的產(chǎn)生；⑵生長(zhǎng)所需的溫度比大多數(shù)其他制備樣品的方法低，故而能得到其他的方法不能獲得的低溫同質(zhì)異構(gòu)體；⑶生長(zhǎng)區(qū)在恒溫與等濃度的環(huán)境中，而且溫度的變化率很小；⑷生長(zhǎng)的過(guò)程主要是稀薄相的生長(zhǎng)，反應(yīng)溶液的粘度非常的低；⑸水熱過(guò)程中晶體是在相對(duì)比較低的熱應(yīng)力的條件下生長(zhǎng)，因此該方法制備的晶體產(chǎn)生位錯(cuò)的概率遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于在高溫熔體中制備的晶體。人類從初次獲得它至現(xiàn)在，學(xué)者與研究人員對(duì)它研究的熱情還在悄然上升，這要?dú)w結(jié)于HA許多的優(yōu)異特性，例如：優(yōu)異的骨傳導(dǎo)作用、獨(dú)特的表面特性以及良好的生物活性。⑴以時(shí)間為線索[18]人經(jīng)過(guò)實(shí)驗(yàn)。 至1990年時(shí)，并在科學(xué)理論的基礎(chǔ)上系統(tǒng)地總結(jié)了水熱的合成過(guò)程中所用時(shí)間及所需的溫度與壓力對(duì)晶格產(chǎn)生的影響。之后Hattori在他們研究的基礎(chǔ)之上用原料CaO以及焦磷酸鈣通過(guò)水熱合成法制備出了球形的HA粉末，通過(guò)測(cè)試發(fā)現(xiàn)其直徑在200nm之下?？茖W(xué)地總結(jié)分析了K3PO4以及KOH等添加劑與溶液所處環(huán)境的溫度、溶液濃度對(duì)針狀HA的長(zhǎng)徑比各方面的影響，實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)其最大的長(zhǎng)徑比值可達(dá)11。實(shí)驗(yàn)后發(fā)現(xiàn)在2MPa、200℃的水熱環(huán)境中添加檸檬酸以及βTCP添加劑能夠制備出長(zhǎng)在20～30 μm之間、～1μm間的針狀的HA，并且發(fā)現(xiàn)其長(zhǎng)度會(huì)隨HA溶液的溫度與pH的上升而變長(zhǎng)。2H2O以及 CaCO3為實(shí)驗(yàn)前驅(qū)物，按鈣磷比5：3的配比，在200℃的恒溫條件下水熱反應(yīng) 8 h可制備出長(zhǎng)3 μm、端面的尺寸在100 nm左右的柱狀或者針狀的完整HA晶體。上述的實(shí)驗(yàn)研究中都存在著顆粒發(fā)生團(tuán)聚現(xiàn)象的缺點(diǎn)，故而在實(shí)驗(yàn)中通常需要添加表面活性劑以提高制備的HA粉體的分散程度。KotHAall與Huang的研究發(fā)現(xiàn)用NH4H2PO4溶液與Ca（NO3）2溶液均勻混合所產(chǎn)生的沉淀物也能夠通過(guò)水熱法制備出類似的HA的納米級(jí)顆粒，這個(gè)過(guò)程將不添加任何的活性劑。Liu等人通過(guò)CH3COOH與KOH調(diào)節(jié)溶液的pH，科學(xué)謹(jǐn)慎地研究了水熱法制備HA的過(guò)程中pH（在6～14之間）對(duì)其微觀形貌的作用及影響，但是調(diào)節(jié)劑中的K+及乙酸根對(duì)HA在各方面影響的消息卻并沒(méi)有被報(bào)道。并且他們初步地探討了合成HA的反應(yīng)機(jī)理,科學(xué)地提出了三步反應(yīng)的歷程。 提出本課題的目的以及研究?jī)?nèi)容羥基磷灰石是人以及動(dòng)物骨骼和牙齒的最主要的無(wú)機(jī)成分,是生物材料中十分具有代表性的一種納米級(jí)的微晶材料,它的生物活性和相容性十分優(yōu)異,將它植入人身體后可以在極短的時(shí)間內(nèi)緊密地和人體的軟硬組織結(jié)合在一起。其次若把羥基磷灰石制成藥物的載體系統(tǒng)，則能夠加強(qiáng)靶向性藥物在生物膜里的穿透性,對(duì)藥物的透皮吸收以及讓其在細(xì)胞內(nèi)充分發(fā)揮其醫(yī)藥效果有極大的好處。多年的科學(xué)研究結(jié)果顯示,納米級(jí)羥基磷灰石對(duì)人體腫瘤細(xì)胞的生長(zhǎng)有著極強(qiáng)的抑制作用,而不會(huì)影響正常的細(xì)胞。對(duì)HA復(fù)合增強(qiáng)體的大量實(shí)驗(yàn)表明，它可與天然以及人工高分子材料進(jìn)行生物復(fù)合，極有可能在未來(lái)成為生物體的硬組織的替代及修復(fù)材料的主流材料。單一結(jié)構(gòu)、單一功能的材料已經(jīng)不能滿足日益增長(zhǎng)的需求，實(shí)現(xiàn)材料的多結(jié)構(gòu)、多功能化，是材料發(fā)展的必然趨勢(shì)。由此說(shuō)明結(jié)構(gòu)對(duì)材料的功能化也起著決定性的作用，限制著其應(yīng)用領(lǐng)域。 本文采用水熱合成法合成羥基磷灰石粉體，并討論水熱溫度對(duì)HA晶體結(jié)構(gòu)、形貌以及性能的影響，并探討了水熱法合成多級(jí)結(jié)構(gòu)HA顆粒的形成機(jī)理。3H2O)，化學(xué)純（CP），國(guó)藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司；四水合硝酸鈣(Ca (NO3)2 H2O)，分析純（AR），國(guó)藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司；無(wú)水乙醇（ C2H6O ），分析純（AR），國(guó)藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司；松油醇（C10H18O），化學(xué)純（CP），上海凌峰化學(xué)試劑有限公司；氨水（NH3 實(shí)驗(yàn)儀器多頭磁力加熱攪拌器（HJ6A），0．1℃的精確度，常州國(guó)華電器有限公司；程控箱式電爐（SXL），精確度為1℃，上海精宏實(shí)驗(yàn)設(shè)備有限公司；電熱恒溫鼓風(fēng)干燥箱(DHG9030），0．1℃的精確度，上海精宏實(shí)驗(yàn)設(shè)備有限公司；pH計(jì)(PHB8)，精確度為0．01，上海康儀儀器有限公司；電子天平(JJ223BC)，精確度為0．001g，常州市雙杰測(cè)試儀器廠；離心機(jī)（H2050R1），轉(zhuǎn)速：0r/min20000r/min，湖南湘儀實(shí)驗(yàn)室儀器開(kāi)發(fā)有限公司； HA粉體制備工藝流程⑴ 實(shí)驗(yàn)的目標(biāo)：制得納米級(jí)羥基磷灰石顆粒。H2O = Ca10(PO4)6(OH)2+20NH4NO3 根據(jù)化學(xué)方程式可確定原料磷酸銨和硝酸鈣的摩爾比，從而可按比例配置適量的溶液。硝酸鈣磷酸銨溶液硝酸鈣溶液加入80%m硝酸鈣的檸檬酸羥基磷灰石溶液用氨水調(diào)節(jié)pH至11磷酸氨靜置陳化水熱12h水熱后的溶液用無(wú)水乙醇清洗離心兩次固體物質(zhì)加入體積比為2:1的乙醇和松油醇干燥后燒結(jié)測(cè)試燒結(jié)后的粉體分析總結(jié)測(cè)試結(jié)果Ca/P=5:3圖21 HA粉體的實(shí)驗(yàn)過(guò)程 蛋白質(zhì)的吸附實(shí)驗(yàn)過(guò)程，并在室溫條件下（25℃）進(jìn)行超聲分散，分散時(shí)間為10min，將分散后的溶液靜置24h，取出上層清液并在4000r/min的轉(zhuǎn)速下將其離心20min，最后定位260nm波長(zhǎng)的紫外可見(jiàn)光光度計(jì)測(cè)量其吸附性能。 TEM分析用Hitachi600透射電鏡（Transmissionmicroscope,透射電鏡的成象原理是供光部分發(fā)出孔徑角一定和特定強(qiáng)度的電子束，使其保持平行地投影到物鏡區(qū)域物平面的樣品上，電子束穿透樣品及物鏡后在物鏡后的焦面上產(chǎn)生第一幅衍射譜（衍射振幅的極大值）。之后電子束通過(guò)被調(diào)節(jié)的物鏡激磁電流，使得物鏡處像平面與中間鏡處物平面、中間鏡處像平面與投影鏡處物平面以及投影鏡處像平面與熒光屏都互相平行。其放大倍數(shù)可用如下公式表示：M＝M0?M1?MpMO、M1和MP分別是物鏡、中間鏡和投影鏡的放大倍數(shù)，M是電子圖像的放大倍數(shù)。 XRD分析 用Bruker176。原子的內(nèi)層電子在以極高速度運(yùn)動(dòng)的電子的強(qiáng)烈撞擊下產(chǎn)生躍遷從而發(fā)生的光輻射現(xiàn)象就是X射線，其被分為特征X射線以及連續(xù)X射線兩種形式。因?yàn)榱Ｗ由⑸洳ǖ幕ハ喁B加，它們互相干涉將會(huì)產(chǎn)生最大強(qiáng)度的光束，這光束被叫作X射線衍射線。圖24 布拉格衍射示意圖 紫外分光光度計(jì)分析蛋白質(zhì)的吸附物質(zhì)分子中存在的基團(tuán)可能會(huì)因吸收紫外可見(jiàn)的輻射光而出現(xiàn)電子能級(jí)躍遷現(xiàn)象，從而導(dǎo)致吸收光譜的產(chǎn)生。定量分析是由朗伯比耳定律[27]實(shí)現(xiàn)的，該定律的公式描述為：A=εb c入射光的波長(zhǎng)λ以及光程b固定，在特定的物質(zhì)濃度范圍內(nèi)，物質(zhì)的吸光度A和這個(gè)物質(zhì)的溶液濃度c成正比。常用標(biāo)準(zhǔn)曲線法對(duì)物質(zhì)的含量進(jìn)行分析，標(biāo)準(zhǔn)曲線圖把吸光度A作為縱坐標(biāo)、濃度c作為橫坐標(biāo)，想要測(cè)出被測(cè)溶液中物質(zhì)的吸光度，可根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)曲線查到與其相對(duì)應(yīng)的濃度值，即未知樣溶液的含量。3 水熱法制備納米HA工藝過(guò)程研究 工藝參數(shù) 對(duì)粉體性能的影響 沉淀性能通過(guò)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膶?shí)驗(yàn)過(guò)程，本實(shí)驗(yàn)通過(guò)水熱法制備了HA晶體，為了凸顯水熱溫度對(duì)本實(shí)驗(yàn)的影響，我們?cè)O(shè)計(jì)了不同溫度的水熱實(shí)驗(yàn)。如圖所示，120℃和130℃溫度條件下水熱的HA溶液為乳白色，與未經(jīng)水熱的HA溶液在顏色上幾乎沒(méi)有差異，至少以肉眼不能看出差別來(lái)；當(dāng)水熱溫度變?yōu)?40℃時(shí)，溶液有了極淡的橙色，與120℃與130℃的HA溶液在顏色上有著微小差別；當(dāng)水熱溫度變?yōu)?50℃時(shí)，溶液的顏色程度加深，較之在140℃時(shí)更加地明顯，可以很明顯地與以120℃及130℃水熱溫度處理后的HA溶液區(qū)別開(kāi)，顏色為淡橙色；當(dāng)水熱溫度增加到160℃時(shí)，此時(shí)的顏色最為明顯，其顏色較之橙色稍深，與另外六組在顏色上有極大的區(qū)別；當(dāng)水熱溫度為170℃時(shí)，樣品的顏色比160℃水熱時(shí)淺許多，但又與150℃溫度下水熱制備的HA溶液的不同，介于150℃與160℃溫度條件下制得溶液的顏色間，顏色與橙色極為接近；當(dāng)溫度條件為180℃時(shí)，制得的溶液與在170℃溫度條件下制得的在顏色方面基本相同。 以第一組為基準(zhǔn)，將樣品靜置三天后，得到了圖32中第二組的效果，從第二組的圖中可以很明顯地觀察出其與第一組圖的區(qū)別。在第三組的圖中，170℃組與180℃組的沉淀物表層位置與第二組的圖相比下降了一些，沉淀物集中在試樣瓶的中下部，上層液體沒(méi)有發(fā)生變化，與第一組和第二組的對(duì)比不同的是，第三組圖與第二組圖中160℃溫度條件制備的液體顏色發(fā)生了變化，變?yōu)榱松畛壬?，且后兩組沉淀物的表層位置極為接近。水熱溫度為160℃的試樣上層出現(xiàn)了極少的橙色可透光的液體，沉降了一部分。而且第四組的后兩個(gè)試樣的沉淀物表層位置比第三組的有所下降，且180℃試樣的沉淀物表層比170℃試樣的大約高4mm。與第五組圖相比，第六組圖的水熱溫度為170℃及180℃的試樣沉淀的表層位置有所下降，但下降不明顯。第六組的160℃的試樣的沉降現(xiàn)象比較明顯，沉淀的表層位置較之第五組圖中相對(duì)應(yīng)試樣的表層位置下降了許多，說(shuō)明此時(shí)是160℃水熱溫度條件下HA溶液團(tuán)聚最為明顯的時(shí)間段，其沉淀位置到了試樣瓶的中部位置，且沉淀的顏色十分明顯。第八組與第七組在宏觀上沒(méi)有區(qū)別，說(shuō)明了HA溶液在水熱后22天內(nèi)發(fā)生的反應(yīng)最為劇烈，所以變化極為明顯，過(guò)了22天之后，試樣沒(méi)有明顯的變化，說(shuō)明試樣內(nèi)發(fā)生的反應(yīng)極為緩慢或者達(dá)到了反應(yīng)平衡條件。在這五個(gè)溫度條件下，水熱后的溶液在顏色上與原溶液有著極大的變化，其中160℃時(shí)試樣的顏色最深，140℃與150℃的試樣顏色較之170℃與180℃試樣的淺，隨著靜置時(shí)間的延長(zhǎng)，160℃、170℃與180℃的試樣發(fā)生了變化：160℃的試樣發(fā)生了沉降現(xiàn)象，最終沉淀物的表層位于試樣瓶的中部，且液體顏色有微小的變化；170℃的試樣發(fā)生了很明顯的沉降現(xiàn)象，其沉淀物的表層位于試樣瓶底部1/5左右的位置，且其上層液體的顏色由淺橙色變?yōu)槟劬G色再變?yōu)槌染G色，較之其他溫度條件下的試樣，此溫度的試樣沉降現(xiàn)象最為明顯，沉淀物最為集中；180℃的試樣沉降現(xiàn)象較之170℃時(shí)有所不足，但最后它的沉淀物表層位置位于試樣瓶的1/3高度左右，比160℃時(shí)的沉降效果好，且此水熱溫度下制得的溶液顏色變化最為特殊，先是由淺橙色變?yōu)榫G色，然后顏色慢慢加深，最后變?yōu)楹诰G色。120℃與130℃水熱溫度條件下的試樣與原溶液在人眼觀察中幾乎相同。圖31 不同水熱溫度的HA在每隔三天拍攝一組圖片的沉淀情況圖第一組第二組第三組第四組第五組第六組第七組第八組通過(guò)后期的離心處理發(fā)現(xiàn)，120℃、130℃以及140℃水熱溫度條件下制備的HA溶液在高達(dá)20000r/min的離心速度下，依然沒(méi)有收集到固體沉淀。 TEM分析通過(guò)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膶?shí)驗(yàn)過(guò)程，對(duì)制備的HA試樣進(jìn)行了高達(dá)20000r/min轉(zhuǎn)速的離心實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，七組試樣中只有四組試樣能離心出固體，這四組試樣分別是水熱溫度為150℃、160℃、170℃以及180℃制備的試樣。測(cè)試結(jié)果如下：⑴ 150℃水熱溫度的HA顆粒TEM分析150℃水熱溫度條件下制備的HA粉末的TEM測(cè)試結(jié)果如圖32。在d與e兩幅圖中可以觀察到顆粒的整體情況，這兩幅圖顯示的結(jié)果都溫度制備的HA粉體顆粒極細(xì)，處于納米級(jí)別。圖3 150℃水熱溫度下制備HA顆粒的TEM圖圖32 150℃水熱溫度下制備的HA粉體TEM圖cdeabba⑵ 160℃水熱溫度的HA顆粒TEM分析160℃、b與c圖中可以看出，在這個(gè)溫度條件下水熱得到的HA顆粒大多數(shù)顆粒的最大直徑在100nm之內(nèi)，有很少部分顆粒的最大直徑大于100nm，且部分HA顆粒外形為無(wú)規(guī)則形狀，部分的顆粒為柱形。abcde圖35 160℃水熱溫度