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发布日期:2021/1/29 10:55:03
  羟基磷灰石是脊椎动物骨骼和牙齿的主要无机成分,具有良好的生物相容性。羟基磷灰石材料的性能与应用受到其形貌、尺寸、结晶性以及组装结构等因素的影响。人们已经成功合成出具有不同形貌、尺寸以及结晶性的羟基磷灰石材料,包括零维的颗粒;一维的棒/线;二维的片等。在众多羟基磷灰石材料中,具有高长径比的一维微/纳米材料越来越受到人们的关注。具有高长径比的一维羟基磷灰石材料,具有优良的力学性能,易于在三维空间形成相互交织的网络结构,在力学增强、构建三维体材料等领域表现出独特的优势。但是,合成纯度高、长度长、结晶度高、分散性好、尺寸分布均一的一维羟基磷灰石微/纳米材料仍然面临挑战。本论文利用油酸钙作为前驱体,采用水热法/溶剂热法合成出纯度高、结晶度高、尺寸分布范围窄的超长一维羟基磷灰石微/纳米材料,包括羟基磷灰石超长纳米线与羟基磷灰石超长微米管,并研究它们的表征、性能以及在力学增强、生物多孔陶瓷、超轻多孔材料等领域的应用。本论文的具体研究内容如下:1.羟基磷灰石超长纳米线的制备与应用研究以油酸钙为前驱体,采用水热法/溶剂热法合成出结晶度高、纯度高、尺寸分布较均一的羟基磷灰石超长纳米线。利用羟基磷灰石超长纳米线为原料,以软脂酸微米球作为造孔剂,制备出具有良好生物相容性、高孔隙率的羟基磷灰石超长纳米线多孔陶瓷。与羟基磷灰石纳米颗粒相比,羟基磷灰石超长纳米线在陶瓷坯体中通过相互交织形成三维网络结构,能够在烧结过程中造孔剂分解时有效维持陶瓷坯体结构的稳定性,因而能够获得具有高孔隙率的羟基磷灰石超长纳米线多孔陶瓷。通过调节制备过程中所添加造孔剂的含量,可以有效调节羟基磷灰石超长纳米线多孔陶瓷的孔隙率(76~89%)。所制备的羟基磷灰石超长纳米线多孔陶瓷具有良好的生物相容性和细胞粘附性能,在生物医学领域具有良好的应用前景。以油酸钙作为前驱体,采用水热法合成出具有良好分散性的羟基磷灰石超长纳米线浆料。以羟基磷灰石超长纳米线浆料为原料,成功制备出新型羟基磷灰石超长纳米线气凝胶材料,具有高孔隙率(~99.7%)、低密度(8.54 mg/cm~3)、低热导率(0.0387 W/m·K)以及优良的弹性。羟基磷灰石超长纳米线气凝胶材料对于污染空气PM_(2.5)表现出优异的过滤效果,并可将油性溶剂从油/水体系中连续分离出来。与其它有机气凝胶材料相比,羟基磷灰石超长纳米线气凝胶材料具有良好的生物相容性,环境友好,耐高温,且成本较低。同时,羟基磷灰石超长纳米线气凝胶在制备过程中不需要任何有机溶剂,有望实现批量制备。因此,羟基磷灰石超长纳米线气凝胶在众多领域中具有良好的应用前景。2.羟基磷灰石微米管的制备与应用研究利用CaCl_2、NaOH、(NaPO_3)_6、油酸、水和乙醇为原料,通过溶剂热反应一步合成出高结晶度、单分散的羟基磷灰石微米管材料。探索了羟基磷灰石微米管的形成机理;研究了温度、pH值、Ca/P摩尔比、溶剂比例等实验条件对产物的影响。由于羟基磷灰石微米管独特的管状结构,羟基磷灰石微米管表现出良好的药物装载与药物缓释性能,并具有良好的生物相容性。所制备的羟基磷灰石微米管在药物/基因输运、骨缺损修复等生物医用领域具有潜在的应用价值。以羟基磷灰石超长微米管作为原料,制备了羟基磷灰石超长微米管/壳聚糖复合多孔支架。与纯壳聚糖支架、羟基磷灰石纳米棒/壳聚糖复合支架材料相比,羟基磷灰石超长微米管/壳聚糖复合多孔支架的力学性能有了显著的提高,并具有良好的生物矿化和细胞粘附能力。利用硫酸庆大霉素为药物模型,载有硫酸庆大霉素的羟基磷灰石超长微米管/壳聚糖复合多孔支架表现出良好的药物装载能力、药物缓释性能以及良好的抗菌性能。所制备的羟基磷灰石超长微米管/壳聚糖复合多孔支架材料在药物输运、骨缺损修复等领域具有良好的应用前景。以高结晶度、单分散的羟基磷灰石微米管作为原料,通过冷冻干燥以及在1300 ~oC烧结2小时,成功制备出超轻、高孔隙率并具有良好力学性能的羟基磷灰石微米管多孔陶瓷材料,具有高孔隙率(89~96%)、高渗透性、低密度(94.1~347.1 mg/cm~3)、低热导率(0.05 W/mK)、优良的力学性能以及良好的生物相容性。羟基磷灰石微米管超轻多孔陶瓷能够承受自身重量6400倍的重量而不发生坍塌。羟基磷灰石微米管多孔陶瓷在众多领域具有良好的应用前景。利用多巴胺对羟基磷灰石微米管超轻多孔陶瓷进行表面修饰,制备出具有良好光热效应、蛋白吸附能力、生物矿化能力的多巴胺修饰羟基磷灰石微米管多孔陶瓷,具有高孔隙率、连通的孔道结构以及优良的力学性能。在经过多巴胺修饰后,羟基磷灰石微米管超轻多孔陶瓷的生物矿化、细胞黏附、蛋白吸附等性能均得到了显著的提升。此外,多巴胺修饰羟基磷灰石微米管多孔陶瓷具有良好的光热效应、高生物相容性以及优良的力学性能,在众多领域具有良好的应用前景。
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