多孔羟基磷灰石生物陶瓷的合成和特性研究进展3
牛金龙 综述 张镇西 蒋大宗 审校
(西安交通大学生物医学工程研究所,西安 710049)
摘要 人体骨组织的多孔结构,有利于骨组织生长代谢所需物质的交流,并能很好地适应外部应力的变化。合成模拟骨组织多孔结构的生物活性陶瓷材料,用于临床人体骨组织缺失的修复,是组织工程所需要的。将化学沉淀法合成的羟基磷灰石原始粉末与过氧化氢、聚乙烯醇、甲基纤维素等成孔物质混合,经低温发泡,中温脱碳,高温烧结,可以获得孔径理想,互通性能良好的多孔羟基磷灰石陶瓷。这种陶瓷,在一定程度上具有骨诱导性能,但更重要的是它能够很好的吸附人体骨形成蛋白等骨生长因子,使其具有良好的骨再生能力,从而获得了良好的临床应用性能。本文从临床应用性能的角度,评述了近几年多孔羟基磷灰石生物活性陶瓷的研究进展。
关键词 羟基磷灰石 多孔陶瓷 制备 特性 生物陶瓷
Syn thesis and Character istics of Porous Hydroxyapa tite B ioceram ics
N iu J i n long Zhang Zhenx i J i ang Dazong
(Institu te of B io m ed ica l E ng ineering,X ian J iaotong U n iversity,X i’an 710049)
Abstract T he m acropo rous structure of hum an bone allow s the ingrow th of the soft tissues and o rganic cells into the bone m atrix,p rofits the developm ent and m etabo lis m of bone tissue,and adap ts the bone to the change of load.T here is great requirem ent fo r artificial bi om i m ic po rous bi oactive ceram ics w ith the si m ilar structure of bone tissue that can be used clinically fo r repairing lo st bone.F ine hydroxyapatite(HA p)pow der p roduced by w et chem ical reacti on w as m ixed w ith hydrogen peroxide(H2O2),po lyvinyl alcoho l,m ethyl cellulo se o r o ther po res2 m ak ing m aterials to fo r m green cake.A fter drying at low temperature(below100℃)and decarbonizing at about 300℃～400℃,the spongy ceram ic block w as sintered at h igh temperature,thus,m acropo rous HA p bi oceram ic w ith interconnected po res and reasonable po ro sity and po re2diam eter w as m anufactured.T h is k ind of po rous HA p bi oceram ics w ere intrinsically o steo inductive to a certain degree,but its outstanding p roperty w as that they can ab2 so rb hum an bone mo rphogenetic p ro teins and o ther bone grow th facto rs to fo r m compo sites,so that the m acrop2 o rous HA p bi oactive ceram ic has app rop riate feasibility fo r clinical app licati on.F rom the po int of bi om edical app li2 cati on,the recent developm ents in synthesis and characteristics investigati on of m acropo rous HA p are review ed in th is paper.
Key words H ydroxyapatite Po rous ceram ics Synthesis Characteristics B i oceram ics
生物骨组织的多孔结构,使其能够适应一定范围的应力变化,同时多孔组织能够使血液流通,保证了骨组织的正常生长代谢。人体骨组织的缺损,特别是骨髓炎、骨肿瘤、骨囊肿等手术切除,以及创伤引起的较大面积的骨缺损,严重影响了人体骨组织的生理功能。骨缺损的手术治疗,用适当的骨填充材料修复缺陷,是快速恢复病态的或创伤性的骨缺损组织生理功能的有效方法。自体骨组织是骨填充的理想材料,但来源很少还需要二次手术;异体骨组织可能存在排异反应和疾病传播等问题。随着外科技术
3陕西省自然科学基础研究计划(2000C17)、西安交通大学博士学位论文基金资助项目(D FXJU200029)和医疗水平的不断提高,对于合成的骨替代材料的需求不断增加。合成和应用模拟人体骨组织多孔特性的生物活性和生物相容性的生物陶瓷材料,引起了科学家和临床医生的关注。多孔羟基磷灰石陶瓷,多孔磷酸钙陶瓷,具有高度生物活性和生物相容性,与骨组织的键合能力很强,是良好的骨组织缺损填充材料。我们从羟基磷灰石粉体的合成,多孔成型,以及合成的多孔羟基磷灰石陶瓷的性能等方面,评述近年多孔羟基磷灰石陶瓷的研究进展。
1 羟基磷灰石粉体的化学合成
用于烧结法制备多孔羟基磷灰石陶瓷的原始粉
生物医学工程学杂志
J B i om ed Eng 2002;19(2)∶302～305
体,要求粒度细小,颗粒均匀,并具有良好的烧结性能。一般采用钙盐和磷酸盐湿法化学合成,固液分离,干燥,制得原始粉料。
1.1 复分解反应法
复分解法所用原料是硝酸钙(Ca(NO3)2?4H2O)与磷酸氢二铵((N H4)2H PO4),将此二种分析纯化学试剂用蒸馏水及氨水配制成浓度为0.25 m o l L,pH值为10～11的溶液,按照钙磷比稍高于羟基磷灰石理论钙磷比的配比,在连续的搅拌下,将磷酸氢二铵溶液滴加到硝酸钙溶液中。滴加完成后,在一定温度下保温陈化。用过滤或离心分离的方法,将固液两相分开,用蒸馏水洗涤,50℃～90℃烘干,制得羟基磷灰石原始粉料[1～7]。反应时滴加的速度,溶液的温度、浓度和pH值、滴加完成后的陈化等因素影响着沉淀产物的形态、纯度。
依据钙磷化合物溶解度相图,钙离子浓度在1023m o l L以上,pH值为10以上最稳定的钙磷化合物是羟基磷灰石,因此,维持溶液pH值为10以上,是保证产物羟基磷灰石纯度的关键。提高反应溶液的浓度,可以降低产物的粒度;提高反应温度,可以迅速生成羟基磷灰石晶体并提高结晶度[1]。用0.6 m o l L的磷酸铵溶液与1.00m o l L的硝酸钙溶液,在pH值为10和90℃反应,并在90℃保温过夜,产物为50nm×100nm左右的棒状晶体[3];在其他条件相同的情况下,随着反应温度从3℃提高到90℃,产物从细小的球形向比较大的棒状、针状晶体发展,在60℃以上形成结晶度良好的针状晶体(大约<50nm×400nm)[4]。在二甲基甲酰胺溶剂中,将硝酸钙溶液滴加到pH值为10的磷酸铵溶液中,反应产物经140℃～145℃常压处理2h,可以获得长宽比515～12的针状纳米羟基磷灰石晶体[5]。在60℃和pH值为10时,将01096m o l L的磷酸铵溶液滴加到0.16m o l L的硝酸钙溶液中,而后在近沸温度搅拌和陈化2h,离心分离水洗后100℃干燥过夜,获得的羟基磷灰石粉末粒径0.6～0.7Λm[6]。为了使产物的结晶形态更好和便于分离,提高反应的温度或反应后加热煮沸悬浮液,可以促使晶体长大。
1.2 中和反应法
用磷酸溶液直接与氢氧化钙悬浊液发生中和反应,沉淀羟基磷灰石。将高温焙烧过的氧化钙配成一定浓度的悬浊液,严格按照羟基磷灰石的钙磷化学计量比,将一定浓度的磷酸直接滴加于Ca(OH)2悬浊液中,用氨水调整反应液pH值,使反应过程和终止时pH值不小于9。反应后经陈化、分离、洗涤、干燥,获得羟基磷灰石陶瓷粉。例如,用0.3m o l L的磷酸溶液滴定015m o l L的氢氧化钙悬浊液,用氨水控制溶液pH>9,陈化48h以上,离心分离,50℃烘干72h以上,获得粒度100nm左右的棒状羟基磷灰石结晶粉[8]。用110m o l L的磷酸滴定110 m o l L的氢氧化钙悬浊液,并控制反应pH=9.0,反应24h后,分离产物,在200℃干燥,获得直径1～9 nm长度0.1～0.3Λm的针状羟基磷灰石结晶,钙磷比1.67[9]。这种反应要严格控制反应物钙磷的配比和溶液pH值。
2 大孔羟基磷灰石陶瓷的制备
大孔羟基磷灰石陶瓷孔的相互连通程度以及连通孔的大小,对生物陶瓷的骨传导性能有较大的影响。研究显示,虽然人的成骨细胞可以通过直径20Λm的孔,但互通孔径大于50Λm才有利于骨单元在大孔内形成[10],随着互通孔径的增大,大孔羟基磷灰石陶瓷的骨传导性能增强。动物(兔)体内实验显示,随着大孔内骨组织的形成,在孔内形成了具有福尔克曼管或哈弗氏管形态的骨组织,同时增强了大孔石陶瓷骨的生物力学性能[10]。体外实验显示,孔径和孔隙度的增加都会降低陶瓷的机械强度[11～13]。但具有柱状相互平行大孔的陶瓷的机械强度远大于海绵状大孔陶瓷的强度[11,13],提高成型时的压强也可以提高烧结后陶瓷的强度。总之,多孔陶瓷材料的机械强度除与陶瓷原始粉的烧结性能有关外,与陶瓷烧结的程度、烧结工艺,以及孔隙度、孔径、孔和孔径的分布、孔壁的厚度和致密程度均有关系。根据不同用途对多孔羟基磷灰石陶瓷生物活性和机械强度的要求,在孔径、孔隙度和机械强度之间总可以找到一个折中方案,同时满足对多孔羟基磷灰石陶瓷的骨传导性能和机械强度的需求。
按照成孔原理,大孔羟基磷灰石陶瓷的制备方法可以分为两类,即燃烧成孔法和化学发泡法。燃烧法是将一定形状、体积比例的可燃性填料与羟基磷灰石粉体和水混合的浆料混合,经烘干固化成型,再在高温下烧结。可燃性填料燃烧后,在陶瓷中留下了孔洞。化学发泡法是将在较高温度能够分解产生气体或发生化学反应产生气体的化学物质与羟基磷灰石粉体浆料混合成型,在一定温度下加热处理发泡,再烧结产生大孔陶瓷。要求成孔剂和发泡剂的残留物不影响陶瓷的性能和组成,或残留物经简单的水洗可以除去。常用的发泡剂是过氧化氢,以聚乙烯醇等水溶性聚合物为粘结剂[14,15],也可以用聚乙烯醇
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第2期 牛金龙等。 多孔羟基磷灰石生物陶瓷的合成和特性研究进展
缩丁醛或甲基纤维素作发泡剂[9,16]。这两种方法均能获得连通性良好的大孔磷酸钙生物陶瓷。
(1)方法一:将含2%聚乙烯醇与4%过氧化氢的水溶液与羟基磷灰石粉末混合,制成浆料,以缓慢的速度升温至80℃并保温4h,使过氧化氢分解,经低温预烧和高温烧结,制得孔洞贯通性良好的多孔羟基磷灰石陶瓷[14]。以聚乙烯醇和丙烯酸为粘结剂,双氧水为发泡剂,与化学合成的磷酸三钙粉末混合成浆料,经超声脱气,铸模,烘干,烧结,同样也可以获得贯通性良好的大孔磷酸三钙陶瓷[15]。
(2)方法二:羟基磷灰石粉末与甲基纤维素粉末混合后,再与去离子水混合成浆料,经超声震动脱气,在烘箱中50℃～90℃慢慢地烘干,然后以015℃ m in的速度升温至250℃,再以3℃ m in的速度升温到1250℃,保温3h,随炉冷却到室温。可获得孔隙度60%～90%,孔径100～250Λm,互通性良好的多孔羟基磷灰石陶瓷[16]。羟基磷灰石粉末与聚乙烯醇缩丁醛颗粒混合压制成型,经脱碳,,可以获得具有力学强度良好和孔径、孔隙度可控制的
[9]。
3 大孔羟基磷灰石陶瓷的诱导成骨性能
3.1 烧结的大孔羟基磷灰石陶瓷的骨诱导性能
羟基磷灰石陶瓷的骨传导性能已经被普遍认可,它的骨诱导性能直到最近才有实验验证[17,18]。将大孔烧结羟基磷灰石陶瓷植入狒狒的腹直肌中,在没有外源性骨形成蛋白存在时,植入30d后在羟基磷灰石孔壁就发现了骨形成蛋白(BM P3,O P21 BM P7),植入90d,41%的样品中有伴随骨髓的新骨组织,这很好的显示了大孔羟基磷灰石的骨诱导性[17]。将两种不同方法制造的大孔羟基磷灰石陶瓷移植于犬的背部肌肉中,3个月后,孔壁粗糙的陶瓷孔中有骨组织形成并随时间的延长而增加,而孔壁光滑的陶瓷中没有骨细胞产生。由于这两种陶瓷的化学成分和晶体结构相同,仅微观组织结构不同(微孔的存在使陶瓷的孔壁粗糙),这说明微观结构是影响羟基磷灰石陶瓷骨诱导能力的重要因素,具有特殊结构的多孔羟基磷灰石陶瓷具有诱导骨形成的能力[18]。因此,通过控制多孔羟基磷灰石陶瓷的制备工艺,似乎可以获得具有固有的骨诱导性能的磷酸钙基骨替代材料。
3.2 大孔羟基磷灰石陶瓷与骨生长因子的复合物的骨诱导性能
骨形成蛋白或骨髓细胞与大孔羟基磷灰石的复合,更有利于骨组织的迅速再生。研究报道,将鼠的骨髓基质干细胞移植于大孔羟基磷灰石陶瓷中,经细胞增殖培养2周,并用地塞米松处理后再植入老鼠的皮下肌肉中,一周后即可观察到活性骨细胞,新生骨组织随时间的延长稳步增加,而不用地塞米松处理的样品不显示成骨性能。这说明,大孔羟基磷灰石生物陶瓷加载骨髓基质干细胞,在植入生物组织后具有良好且迅速的骨形成能力[19]。将兔的同源骨髓基质细胞(BM SC)复合于多孔羟基磷灰石陶瓷中,再植入于兔的背部肌肉中,4周后,如果在培养BM SC时使用了地塞米松,陶瓷植入体的大孔内的骨组织明显的高于不用地塞米松的,大多数样品中的骨细胞达到了107 m l。同时,研究发现,如果多孔羟基磷灰石陶瓷是采用PMM A微球成孔制造的,形成的新生骨组织在陶瓷内部均可观察到,而如果多孔陶瓷是采用萘成孔制造,则只能在陶瓷的表面和表层孔洞中观测到骨细胞。这可能是由于孔洞的互通性不同以及孔壁微观结构的不同而引起的[20]。
将人骨形成蛋白BM P22加载于孔径为100～200Λm的不同几何形态(大孔颗粒状,大孔块状,蜂巢状)的大孔羟基磷灰石陶瓷中,再植入大鼠体内,2周后观测,在颗粒状和块状多孔羟基磷灰石陶瓷中直接形成了新骨组织,而在蜂巢状的大孔羟基磷灰石陶瓷中仅发生软骨内骨化反应,软骨位于孔的中间,而骨化组织在孔的开口处。3周后,在蜂巢状羟基磷灰石孔洞的内表面,软骨组织消失,全部被骨组织覆盖,孔洞的中央仍留有毛细孔。这说明在陶瓷的孔洞内首先形成软骨,进而通过骨化中心在软骨内成骨,这与生物机体骨组织的发育相同。在所有这三种羟基磷灰石陶瓷样品中,碱性磷酸酶和骨钙素在蜂巢状羟基磷灰石陶瓷植入体中的含量是最高的。这些结果显示,人骨形成蛋白BM P的骨诱导性能与载体的几何形状很有关系,具有特殊几何形状的多孔羟基磷灰石陶瓷能够为血管的形成提供可行的结构基础[21]。在修复羊的胫骨大面积骨缺失时,使用加载羊骨髓基质细胞(BM SC)的柱状多孔羟基磷灰石陶瓷,效果要比没有BM SC的多孔羟基磷灰石陶瓷好得多[22]。加载有BM SC的多孔羟基磷灰石,在植入羊体内2月后,不仅在孔内形成了大量的新生骨组织,在圆柱体陶瓷表面也有骨组织,而不加载BM SC的多孔羟基磷灰石陶瓷孔内几乎没有新生骨组织;同时,载有BM SC的多孔羟基磷灰石植入体的硬度也比没有BM SC的多孔羟基磷灰石陶瓷的高,所形成的骨 羟基磷灰石陶瓷复合物的硬度介于
403 生物医学工程学杂志 第19卷
胫骨与多孔羟基磷灰石陶瓷的硬度之间。作者认为,同源骨髓基质细胞与多孔羟基磷灰石陶瓷的复合物,对于快速修复大面积的长骨缺失,具有很好的临床应用前景[22,23]。
4 发展趋势
模拟、仿制或者复制生物骨组织的多孔结构,研制孔洞相互贯通的生物活性的和生物可降解的多孔生物陶瓷材料,仍然是目前生物陶瓷研究的主要方向。但合成的多孔羟基磷灰石陶瓷材料,无论从力学性能还是从孔的结构特性上讲,均远不及天然的生物骨组织。对此,通过将生物骨组织人工改性,获得的多孔生物陶瓷完整地保留了生物骨组织的多孔特性和生物活性,成为多孔磷酸钙生物陶瓷研究的新的热点。例如,将牛骨,珊瑚等脱去有机物之后,经适当的烧结工艺,或再经过用碱金属磷酸盐修饰,制成羟基磷灰石类多孔生物陶瓷。
同时,多孔羟基磷灰石陶瓷与骨髓基质细胞或骨形成蛋白等骨生长物质的复合物的临床应用研究[15,23～25],已成为多孔生物陶瓷走向临床应用的研究内容之一。骨髓基质细胞和骨生长因子具有诱导骨形成的能力,与多孔羟基磷灰石陶瓷的结合,使得原本骨诱导性能比较弱的生物陶瓷,具有了较强的新生骨组织的能力。多孔陶瓷的几何形态,特别是孔洞表面的粗糙度、微孔,孔洞的互通性等因素影响着这类复合物的成骨能力。通过对多孔羟基磷灰石陶瓷的制备工艺的控制,获得有利于吸附骨形成蛋白或骨髓基质细胞等骨生长因子的多孔结构,并合理地匹配复合物中骨生长因子的浓度,这种生物活性的多孔羟基磷灰石陶瓷生物材料可望在骨组织缺失修复、组织重建、骨病治疗等骨科临床治疗方面获得良好的应用。
参考文献
1L iu CS,ShenW,Cui JH,et a l.K inetics of hydroxyapatite p re2 ci p itati on at pH10to11.J East Ch ina U niv Sci&T ech,1996;
22(5)∶530(in Ch inese)
2L angstaff S,Sayer M,Sm ith TJN,et a l.R eso rbable bi oce2 ram ics based on stabilized calcium pho sphates.Part I:rati onal design,samp le p reparati on and m aterial characterizati on.B i o2 m aterials,1999;20∶1727
3Zhang S,Gonsalves KE.P reparati on and characterizati on of ther m ally stable nanohydroxyapatite.J M ater Sci:M ater M ed,1997;8∶25
4Jha L J,Best S M,Know les JC,et a l.P reparati on and charac2 terizati on of fluo ride2substituted apatites.J M arer Sci:M ater M ed,1997;8∶185
5王学江,汪建新,李玉宝等.常压下纳米级羟基磷灰石针状晶体的合成,高技术通讯,2000;(11)∶92
6Suchanek W,Yo sh i m ura M.P rocessing and p roperties of hy2
droxyapatite2based bi om aterials fo r use as hard tissue rep lace2 m ent i m p lants.J M ater R es,1998;13∶94
7T as A C,Ko rkusuz F,T i m ucin M,et a l.A n investigati on of the chem ical synthesis and h igh2temperature sintering behavi o r of calcium hydroxyapatite(HA)and tricalcium pho sphate (TCP)bi oceram ics.J M ater Sci:M ater M ed,1997;8∶91
8Yeong KCB,W ang J,N g SC.Fabricating densified hydroxya2 patite ceram ics from a p reci p itated p recurso r.M ater L etters, 1999;38∶208
9L iu DM.Fabricati on of hydroxyapatite ceram ic w ith contro lled po rousity.J M ater Sci:M ater M ed,1997;8(4)∶227
10L u JX,F lautre B,A nsel m e K,et a l.Ro le of interconnecti ons in po rous bi oceram ics on bone reco lonizati on in vitro and in vi2 vo.J M ater Sci:M ater M ed,1999;10∶111
11Chang BS,L ee CK,Hong KS,et a l.O steoconducti on at po rous hydroxyapatite w ith vari ous po re configurati ons.B i o2 m aterials,2000;20∶1291
12L iu DM.P reparati on and characterisati on of po rous hydroxya2 patite bi oceram ic via a sli p2casting route.Ceram ics Internati on2 al,1998;24∶441
13M ilo sevsk iM,Bo ssert J,M ilo sevsk iD,et a l.P reparati on and p roperties of dense and po rous calcium pho sphate.Ceram ics Internati onal,1999;25∶693
14K lein CPA T,D e Groo t K,Chen W Q,et a l.O sseous sub2 stance fo r m ati on induced in po rous calcium pho sphate ceram ics in soft tissues.B i om aterials,1994;15∶31
15王士斌,翁连进,郑昌琼等.骨形态发生蛋白 多孔(2磷酸三钙陶瓷复合人工骨.四川联合大学学报(工程科学版),1999;3
(5)∶76
16Engin NO and T as A C.P reparati on of po rous Ca10(PO4)6(OH)2and beta2Ca3(PO4)2bi oceram ics.J Am Cer2 am Soc,2000;83∶1581
17R i pamonti U,C rook s J,K irkbride AN.Sintered po rous hy2 droxyapatites w ith intrinsic o steo inductive activity:geom etric inducti on of bone fo r m ati on.South A frican Journal of Science, 1999;95(8)∶335
18Yuan H P,Kurush ina K,D e B ruijn JD,et a l.A p reli m inary study on o steo inducti on of two k inds of calcium pho sphate ce2 ram ics.B i om aterials,1999;20∶1799
19Yo sh ikaw a T,O hgush i H,T am ai S.I mm ediate bone fo r m ing capability of p refabricated o steogenic hydroxyapatite.J B i om ed M ater R es,1996;32∶481
20F lautre B,A nsel m e K,D elecourt C,et a l.H isto logical as2 pects in bone regenerati on of an associati on w ith po rous hy2 droxyapatite and bone m arrow cells.J M ater Sci:M ater M ed, 1999;10(12)∶811
21J in QM,T ak ita H,Kohgo T,et a l.Effects of geom etry of hy2 droxyapatite as a cell substratum in BM P2induced ectop ic bone fo r m ati on.J B i om ed M ater R es,2000;51∶491
22Ch isto lini P,R uspantini I,B ianco P,et a l.B i om echanical eval2 uati on of cell2loaded and cell2free hydroxyapatite i m p lants fo r the reconstructi on of segm ental bone defects.J M ater Sci: M ater M ed,1999;10(12)∶739
23Kon E,M uraglia A,Co rsi A,et a l.A uto logous bone m arrow strom al cells loaded onto po rous hydroxyapatite ceram ic accel2 erate bone repair in critical2size defects of sheep long bones.J
B i om ed M ater R es,2000;49∶328
24A nsel m e K,N oel B,F lautre B,et a l.A ssociati on of po rous hydroxyapatite and bone m arrow cells fo r bone regenerati on.
Bone,1999;25(2)∶51s
25Yuan H Y,D e B ruijn JD,L i YB,et a l.Bone fo r m ati on induced by calcium pho sphate ceram ics in soft tissue of dogs:a compar2 ative study betw een po rous a2TCP and b2TCP.J M ater Sci: M ater M ed,2001;12(1)∶7
(收稿:2000211216 修回:2001206229)
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第2期 牛金龙等。 多孔羟基磷灰石生物陶瓷的合成和特性研究进展
功能陶瓷材料的应用 研究 姓名：刘军堂___________ 学号: 23122837________ 班级: 机械1201_________ 任课老师：张志坚__________
功能陶瓷材料的应用研究 1.选择一个课题进行相关检索，要求对课题作简要分析，并在分析的基础上确定检索词，准确描述检索过程。（10分）（可选择其他课程中以论文方式考核的科目，如无此类题目，可自选或用备选题目） 功能陶瓷 功能陶瓷材料是具有特殊优越性能的新型材料，各国在基础与应用研究以及工程化方面，均给予了特殊重视，特别是在信息、国防、现代交通与能源产业中均将其置于重要地位。根据功能陶瓷材料的应用前景，本文介绍了功能陶瓷新材料的性能、应用范围，市场的开发应用现状和开发应用新领域，以及正在研发的高性能陶瓷材料；同时介绍了功能陶瓷材料今后的发展趋势。 关键词：功能陶瓷材料；应用现状；趋势 检索过程 第一步：进入“中国知网”主页，网址是“https://www.doczj.com/doc/b017097026.html, 第三步：登录成功后会进入操作界面， 第四步：选择要检索的文献数据库。在操作界面上，中国知网将其文献分成了不同的库，我们根据自己的文献范围属性进行选择。 第五步：检索参数设置。在操作界面的上部，有搜索参数设置对话框。最好逐一填写。（1）检索项，系统对文献进行了检索编码，每一个文献都有一一对应的编码，一个编码就是一种检索项。点击检索项框右边的向下箭头，就能弹出所有检索项，选中一个就好。（2）检索词，填入要求系统搜索的内容。没有明确严格要求，不一定是词语。但是需要考虑到它应当与你选中的检索项相一致。如检索项用了“关键词”，就不能用一个长句等作检索词了。（3）文献时间选择，根据文献可能出现的年代，点击对话框右边的小三角就可以选了。需要说明的是，中国知网建立时间是1994年，所以1994年及其后的数据才是最全的。现在他们在逐渐补充1994年以前的文献数据，但是，全面性可能要差些。（4）排序，提示系统将找到的文献按什么顺序呈现。（5）匹配，即要求系统按自己的检索要求进行哪种精确程度的检索。如果你确定你的文献参数，那么选择“精确”，如果不确定，就选择“模糊”。 第六步：点击“搜索”就完成了第一阶段的操作了。然后就进入检索结果呈现的界面：中国知网2.rar（点击打开查看），中国知网的结果呈现表中，对文献的基本信息：文献题目、文献的载体、发表时间及在中国知网中的收藏库名进行了说明。
合成生物学研究进展及其风险 关正君魏伟徐靖 1合成生物学研究概况 合成生物学(synthetic biology)是在现代生物学和系统科学基础上发展起来的、融入工程学思想的多学科交叉研究领域。其包括了与人类自身和社会发展相关的研究方向和内容，为解答生命科学难题和人类可持续发展所面临的重大挑战提供了新的思路、策略和手段。2004年，合成生物学被美国麻省理工学院出版的Technology Review评为“将改变世界的十大新技术之一”。2010年12月，Nature杂志盘点出2010年12件重大科学事件，Science杂志评出的科学十大突破，合成生物学分别排名第4位和第2位。为此，世界各国纷纷制定合成生物学发展战略及规划，开展合成生物学研究，以抢占合成生物学研究和发展先机，促进了合成生物学基础研究和应用研究的快速发展。同时合成生物学的巨大应用潜力，还吸引了众多公司及企业参与到该领域的研究开发，推动着合成生物学产业化的进程。 合成生物学作为后基因组时代生命科学研究的新兴领域，其研究既是生命科学和生物技术在分子生物学和基因工程水平上的自然延伸，又是在系统生物学和基因组综合工程技术层次上的整合性发展。与传统生物学通过解剖生命体以研究其内在构造不同，合成生物学旨在将工程学的思想用于生物学研究中，以设计自然界中原本不存在的生物或对现有生物进行改造，使其能够处理信息、加工化合物、制造材料、生产能源、提供食物、处理污染等，从而增进人类的健康，改善生存的环境，以应对人类社会发展所面临的严峻挑战。 作为一个新的基础科学研究领域，合成生物学综合生物化学、生物物理和生物信息技术与知识，涵盖利用基因和基因组的基本要素及其组合，设计、改造、重建或制造生物分子、生物体部、生物反应系统、代谢途径与过程，乃至整个生物活动的细胞和生物个体。合成生物学使人们可以利用与物理学方法类似的模块构建和组装形成新的生命有机体，从而人工设计新的高效生命系统。中科院《2013年高技术发展报告》指出，DNA测序技术、DNA合成技术和计算机建模是支撑合成生物学发展的关键技术。近年来，大量物种的全基因组测序，为合成生物学家构建功能组件的底盘生物体系提供了丰富的遗传信息。快速、廉价的测序技术也促进了新的系统和物种的识别和解析。 2 合成生物学应用研究进展 2.1 合成生物学在医药工业领域的应用 2.1.1 天然药物合成生物学 天然药物合成生物学是在基因组学研究的基础上，对天然药物生物合成相关元器件进行发掘和表征，借助工程学原理对其进行设计和标准化，通过在底盘细胞中装配与集成，重建生物合成途径和代谢网络，从而实现药用活性成分定向、高效的异源合成，以解决天然药物
文章编号:1000-2278(2002)04-0246-05 透明陶瓷的研究现状与发展展望 刘军芳 傅正义 张东明 张金咏 (武汉理工大学) 摘 要 简要地论述了国内外对透明陶瓷的研究现状,重点介绍了透明陶瓷制备中出现的新方法和新工艺,探讨了气孔和晶界组织结构等因素对透明陶瓷的透光性能的影响,并对透明陶瓷研究的发展提出了自己的看法。关键词:透明陶瓷,制备工艺,气孔率 中图法分类号:TQ174.75+8 文献标识码:A THE RESEARCH SITUATION AND DEVELOPMENT PROSPECT OF TRANSPARENT CERAMICS Liu Jun f ang Fu Zhenyi Zhang Dongming Zhang Jinyong (Wuhan University of Science and Technology) Abstract THe current research situation for transparent ceramics was introduced.It mainly focused on the new method and new technology appeared in the transparent cera mics preparing.Meanwhile it simply discussed the effect of pores and grain boundary organization structure on the transmittance of transparent ceramics,and at the same time the author present her own opinion.Keywords transparent cera mics,prepara tion technics,porosity 1 前 言 自1962年R.L.C oble 首次报导成功地制备了透 明氧化铝陶瓷材料以来,为陶瓷材料开辟了新的应用领域。这种材料不仅具有较好的透明性,且耐腐蚀,能在高温高压下工作,还有许多其他材料无可比拟的性质,如强度高、介电性能优良、低电导率、高热导性等,所以逐渐在照明技术、光学、特种仪器制造、无线电子技术及高温技术等领域获得日益广泛的应用112 。近38年来,世界上许多国家,尤其是美国、日本、英国、俄罗斯、法国等对透明陶瓷材料作了大量的研究工作,先 后开发出了Al 2O 3、Y 2O 3、MgO 、CaO 、TiO 2、ThO 2、ZrO 2等 氧化物透明陶瓷以及Al N 、ZnS 、ZnSe 、MgF 2、CaF 2等非氧化物透明陶瓷 12-32 。 2 透明陶瓷的制备工艺 透明陶瓷的制备过程包括制粉、成型、烧结及机械加工的过程。为了达到陶瓷的透光性,必须具备以下 条件142 :(1)致密度高;(2)晶界没有杂质及玻璃相,或晶界的光学性质与微晶体之间差别很小;(3)晶粒较小而且均匀,其中没有空隙;(4)晶体对入射光的选择吸收很小;(5)无光学各向异性,晶体的结构最好是立方 收稿日期:2002-03-06 作者简介:刘军芳,武汉理工大学材料复合新技术国家重点实验室,430070 第23卷第4期 2002年12月 陶瓷学报 JOURNAL OF CERAMICS Vol.23,No.4Dec.2002
羟基磷灰石研究进展 摘要：由于羟基磷灰石( HA) 不但与人体骨骼晶体成分和结构基本一致,而且其生物 相容性、界面生物活性均优于医用钛、硅橡胶及植骨用碳材料等植入医用材料,另外有极好骨传导性和与骨结合的能力, 无毒副作用, 无致癌作用,所以被广泛用作硬组织修复材料和骨填充材料的生理支架以及疾病、意外事故中的骨修复材料。同时，羟基磷灰石具有良好的生物活性,具有特殊的晶体化学特点，是较好的生物材料,被广泛应用于骨组织的修复与替代技术.目前,羟基磷灰石涂层的制备方法有等离子喷涂法、激光熔覆法、电结晶液相沉积法、溶胶-凝胶法等。对于制备要求较高、具有表面活性的吸附材料羟基磷灰石而言,溶胶- 凝胶法是较为合适的方法,本文羟基磷灰石涂层进行了研究。主要从羟基磷灰石的合成制备,复合材料涂层种类及HA涂层影响因素，应用等方面对羟基磷灰石进行介绍，并对其进行研究展望。 关键词：羟基磷灰石制备复合材料涂层研究进展 前言 羟基磷灰石是一种磷酸钙生物陶瓷, 与人体自然骨和牙齿等硬组织中的无机质在 化学成分和晶体结构上具有相似性，是一类重要的骨修复材料,分子式为Ca10 ( PO4) 6 ( OH ) 2 , 简写为HA 或HAP,Ca/ P 物质的量比理论值为1. 67, 属磷酸钙陶瓷中的一种生物活性材料。从分子结构( 如图1) 可以看出, 它易与周围液体发生离子交换。HA 属六方晶系, 空间群为P63/m。其结构为六角柱体, 与c轴垂直的面是一个六边形, a、b 轴的夹角为120 °, 晶胞常数a= b= 9. 324 A , c= 6. 881A 。单位晶胞含有10 个 [ Ca]2+、6个[ PO4]3-和2个 [ OH]-, 这样的结构和组成使 得H A 具有较好的稳定性。 磷灰石是自然界广泛分布的 磷酸钙盐矿物，根据其结构通 道中存在的阴离子的种类, 可分为氟-、氯-、羟磷灰石等 不同亚种矿物。其中，羟基磷 灰石(hydroxyapatite，缩写为 HA或HAp)的研究和应用最 广泛。羟基磷灰石是人体和动 物的骨骼和牙齿的主要无机 成分，具有良好的生物相容性和生物活性，HA材料对动物体人体无毒、无害、无致 癌作用，可增强骨愈合作用，能与自然骨产生化学结合，HA植入人体后对组织无刺 激和排斥作用,能与骨形成很强的化学结合,用作骨缺损的充填材料,为新骨的形成提供
材料与化工学院 2012级材料科学与工程二班 课程作业：无机非金属材料工艺学学生姓名：刘健 学生学号： 授课老师：
目录 1.传统陶瓷材料------------------------------------------------------------------------------------------------3 2.新型陶瓷材料------------------------------------------------------------------------------------------------3 2.1生物陶瓷材料------------------------------------------------------------------------------------------4 2.1.1生物陶瓷研究背景------------------------------------------------------------------------------4 2.1.2生物陶瓷研究的一些成果---------------------------------------------------------------------4 2.1.3生物陶瓷在国外的研究动态和发展趋势-------------------------------------------------4 2.1.4我国生物陶瓷材料研究设想与展望--------------------------------------------------------5 2.2高温压电陶瓷材料-------------------------------------------------------------------------------------5 2.2.1改性钛酸铅压电陶瓷----------------------------------------------------------------------------5 2.2.2 PZT基多元系压电陶瓷--------------------------------------------------------------------------6 2.3超级亲水易洁陶瓷材料-------------------------------------------------------------------------------6 2.4热障涂层陶瓷材料--------------------------------------------------------------------------------------7 2.4.1几类热障陶瓷涂料研究近况-------------------------------------------------------------------7 2.4.1.1氧化物稳定的ZrO2---------------------------------------------------------------------------7 2.4.1.2焦绿石或萤石结构A2B2O7陶瓷----------------------------------------------------------7 2.4.2需要达到的目标------------------------------------------------------------------------------------8 3.结语----------------------------------------------------------------------------------------------------------------8
·综述· 鬼臼毒素生物合成研究进展 陆炜强，傅承新，赵云鹏 * （浙江大学生命科学学院濒危野生动植物保护生物学教育部重点实验室，浙江杭州310058） ［摘要］鬼臼毒素（podophyllotoxin ）是一种成功商品化的天然木脂素，其衍生物依托泊苷（etoposide ）、替尼泊苷（tenipo-side ）等在临床上广泛应用于抗肿瘤、抗病毒治疗。植物提取是鬼臼毒素的主要来源，面对野生资源压力，人们分别开展了植物野生变栽培、 植物细胞或器官培养、化学全合成等研究，以扩大鬼臼毒素来源。鬼臼毒素生物合成研究是开展植物规范化栽培和代谢工程的重要前提。20多年来尤其是近10年来，鬼臼毒素生物合成研究进展迅速，但鬼臼毒素的下游代谢以及整个合成途径基因水平的评述仍不足，因此作者专门针对鬼臼毒素的生物合成，对相关文献尤其是近10年的文献进行综述，重点介绍其合成途径关键环节的过程、主要产物、酶的特点与功能、已报道的酶编码基因等内容，以合理推测和概括鬼臼毒素的生物合成途径，同时对目前研究仍存在的问题和将来研究方向进行了讨论。 ［关键词］鬼臼毒素；生物合成；规范化栽培；代谢工程［稿件编号］20101116002 ［基金项目］国家科技支撑计划项目（2006BAI21B07）；浙江省科技厅中药现代化专项（2006C13077）［通信作者］* 赵云鹏， Tel ：（0571）88206463，E-mail ：ypzhao @https://www.doczj.com/doc/b017097026.html, ［作者简介］陆炜强， Tel ：（0571）88206463，E-mail ：lwq-711@ 163.鬼臼毒素（podophyllotoxin ， PTOX ）是植物来源天然产物成功商品化的经典案例。从其发现至今已有近1个世纪的历史，其具有良好的抗肿瘤、抗尖锐湿疣、抗艾滋病毒活性 ［1-3］ ，虽然自身毒副作用较大，但其半合成衍生物在保证治 疗效果的同时，大大降低了毒性，在临床治疗淋巴癌、肺癌等多种癌症中得到广泛应用， 如依托泊苷（etoposide ，VP-16），替尼泊苷（teniposide ，VM-26），依托泊苷磷酸酯（etopophos ），azatoxin ，tafluposide 等［4］。鬼臼毒素的传统和主要来源是植物提取，来源植物主要分布于小檗科足叶草属Podophyllum 、桃儿七属Sinopodophyllum 、八角莲属Dysosma 、山荷叶属Diphylleia 、Jeffersonia 属，其他还有亚麻科亚麻属Linum ，柏科刺柏属Juniperus 、崖柏属Thuja 、Callitris 属，唇形科山香属Hyptis 、百里香属Thymus 、香科科属Teucrium 、荆芥属Nepeta 、Eriope 属等［5-7］。由于过度采挖、生境破坏和植物自身生长缓慢等原因，鬼臼类野生植物资源逐渐枯竭、物种濒危，已难以满足鬼臼毒素生产的需求，人工规范化栽培势在必行，但目前桃儿七S .hexandrum （异名：Podophyllum hex-andrum ，P .emodi ）、八角莲D .versipellis 的栽培刚刚起步，其他来源植物的新资源开发程度也有待进一步深入 ［8-10］ 。此外，虽然化学全合成技术已经有所突破，但是 复杂的合成过程、极低的合成效率（约为5%），使人工全合成鬼臼毒素目前仍难以实现商业化 ［3，11］ 。近年来基于 生物技术的植物代谢工程快速发展，为鬼臼毒素替代资源的开发提供了更多途径，如植物细胞或器官培养、生物转化等，但仍存在效率低、成本高的共性问题，目前尚未产业化 ［5，12-14］ 。因此，要彻底解决鬼臼毒素的来源问题， 仍需要对上述3种途径的关键科学和技术问题深入研究。 实现药用植物规范化栽培和植物细胞或器官培养生产鬼臼毒素的前提之一是必须充分阐明鬼臼毒素的生物合成途径及其调控机制。因此，自20世纪80年代末以来，学者们以足叶草Podophyllum spp.、亚麻Linum spp.等植物的组织或细胞培养体系为研究系统，探讨了鬼臼毒素的生物合成途径，取得了长足进展。前人综述了不同时期鬼臼毒素生物合成不同方面的研究进展 ［6，12，15-19］ ，揭示了合成途径的大体 框架，为后续的研究提供了良好的基础和背景。但是前人的综述大多是对鬼臼毒素的资源、化学、药理、生物合成、细胞或器官培养等内容的全面评述，或者是对整个木脂素类生物合成的综述， 对于鬼臼毒素生物合成的论述不够全面、详细，比如对鬼臼毒素下游的代谢往往没有讨论，而且对近几年已有新进展的相关酶编码基因的分离、扩增、表达也较少涉及。因此，本文专门针对鬼臼毒素的生物合成，对相关文献尤其是近10年的文献进行综述，重点介绍其合成途径关键环节的过程、主要产物、酶的特点与功能、鬼臼毒素下游代谢、已报道的酶编码基因等内容，以期继续推动该领域的研究，实现优质种源筛选、株系改良、栽培和培养条件优化、生产体系调控，为鬼臼类植物规范化栽培和代谢工程的产业化奠定
透明氧化铝陶瓷制备的研究进展 关键词：透明氧化铝，透光率，烧结助剂，烧结工艺 1引言 透明氧化铝陶瓷最早是由美国Coble博士发明的，他通过在Al2O3中添加0．25wt% MgO，于1700～1800℃氢气气氛下烧结出呈半透明的氧化铝陶瓷，从此开创了透明氧化铝陶瓷研究和应用的新篇章［1］。经过半个世纪的不懈努力和研究，科研工作者发现，通过提高氧化铝的纯度、致密度以及合理的调控显
微结构，可以显著提高氧化铝陶瓷的透光性。 随着研究的不断开展，制备氧化铝陶瓷的烧结助剂得到了极大地扩展，除了MgO，一些稀土氧化物（如Y2O3、La2O3、ZrO2等）同样可以作为氧化铝陶瓷的烧结助剂，并且采用复合添加剂的效果优于单独使用MgO。关于添加剂的引入方式，谢志鹏等［2］提出了化学沉淀包覆工艺，在1800℃氢气气氛下烧结，制备了透明氧化铝陶瓷。与传统的球磨工艺相比，该方法能够实现添加剂在氧化铝基体中的均匀分布，从而大大提高了陶瓷的透光性。 关于透明氧化铝陶瓷的烧结技术，最近的研究工作表明，采用热等静压（HIP）、放电等离子（SPS）等特种烧结工艺可以制备出亚微米晶的高性能透明氧化铝陶瓷。例如，Jin等［3］采用SPS工艺，于1250～1350℃，80MPa压力下烧结，制备了晶粒尺寸小于1μm，直线透光率为53%的透明陶瓷。由于晶粒细小，其机械强度也非常优异。 此外，Mao等［4］就氧化铝晶粒光轴取向对透光性的影响进行了研究，他们通过在强磁场条件下进行透明Al2O3陶瓷浆料的注浆成型，使烧结后的Al2O3陶瓷晶粒光轴趋于一致，从而减少六方晶系Al2O3陶瓷因双折射率不同带来的光损失，显著提高透明Al2O3陶瓷的透过率。下面就影响氧化铝陶瓷透光性的各种因素，以及氧化铝粉体选择、烧结助剂及作用、烧结工艺及透明氧化铝陶瓷的应用进行综述。 2影响氧化铝陶瓷透明性的因素 2.1.1气孔 对透明陶瓷透光性能影响最大的因素是气孔率，又包括气孔尺寸、数量、种类。普通陶瓷即使具有高的密度，往往也不是透明的，这是因为其中有很多封闭气孔，并且当陶瓷内部的气孔率大于1%时，陶瓷就基本不再透明。有实验
2010-2011 第2学期《生物医用材料》期中考试 姓名： 学号： 学院： 专业： 班级： 任课老师：
羟基磷灰石研究进展 摘要：由于羟基磷灰石( HA) 不但与人体骨骼晶体成分和结构基本一致,而且其生物 相容性、界面生物活性均优于医用钛、硅橡胶及植骨用碳材料等植入医用材料,另外有极好骨传导性和与骨结合的能力, 无毒副作用, 无致癌作用,所以被广泛用作硬组织修复材料和骨填充材料的生理支架以及疾病、意外事故中的骨修复材料。同时，羟基磷灰石具有良好的生物活性,具有特殊的晶体化学特点，是较好的生物材料,被广泛应用于骨组织的修复与替代技术.目前,羟基磷灰石涂层的制备方法有等离子喷涂法、激光熔覆法、电结晶液相沉积法、溶胶-凝胶法等。对于制备要求较高、具有表面活性的吸附材料羟基磷灰石而言,溶胶- 凝胶法是较为合适的方法,本文羟基磷灰石涂层进行了研究。主要从羟基磷灰石的合成制备,复合材料涂层种类及HA涂层影响因素，应用等方面对羟基磷灰石进行介绍，并对其进行研究展望。 关键词：羟基磷灰石制备复合材料涂层研究进展 前言 羟基磷灰石是一种磷酸钙生物陶瓷, 与人体自然骨和牙齿等硬组织中的无机质在 化学成分和晶体结构上具有相似性，是一类重要的骨修复材料,分子式为Ca10 ( PO4) 6 ( OH ) 2 , 简写为HA 或HAP,Ca/ P 物质的量比理论值为1. 67, 属磷酸钙陶瓷中的一种生物活性材料。从分子结构( 如图1) 可以看出, 它易与周围液体发生离子交换。HA 属六方晶系, 空间群为P63/m。其结构为六角柱体, 与c轴垂直的面是一个六边形, a、b 轴的夹角为120 °, 晶胞常数a= b= 9. 324 A , c= 6. 881A 。单位晶胞含有10 个[ Ca]2+、6个[ PO4]3-和2个 [ OH]-, 这样的结构和组成使 得H A 具有较好的稳定性。 磷灰石是自然界广泛分布的 磷酸钙盐矿物，根据其结构通 道中存在的阴离子的种类, 可分为氟-、氯-、羟磷灰石等 不同亚种矿物。其中，羟基磷 灰石(hydroxyapatite，缩写为 HA或HAp)的研究和应用最 广泛。羟基磷灰石是人体和动 物的骨骼和牙齿的主要无机 成分，具有良好的生物相容性和生物活性，HA材料对动物体人体无毒、无害、无致 癌作用，可增强骨愈合作用，能与自然骨产生化学结合，HA植入人体后对组织无刺 激和排斥作用,能与骨形成很强的化学结合,用作骨缺损的充填材料,为新骨的形成提供
微生物药物合成生物学研究进展 武临专, 洪斌* (中国医学科学院、北京协和医学院医药生物技术研究所, 卫生部抗生素生物工程重点实验室, 北京100050) 摘要: 微生物次级代谢产物结构复杂多样, 具有抗细菌、抗真菌、抗肿瘤、抗病毒和免疫抑制等多种生物活性, 是微生物药物开发的源泉。当前, 微生物药物研究面临一些挑战: 快速发现结构新颖、生物活性突出的化合物; 理性化提高产生菌的发酵效价; 以及以微生物为新宿主, 实现一些重要天然药物的工业生产。合成生物学是在系统生物学和代谢工程等基础上发展起来的一门学科。本文对合成生物学在发现微生物新次级代谢产物、提高现有微生物药物合成水平和创制微生物次级代谢产物方面的研究进展进行了阐述。 关键词: 微生物药物; 合成生物学; 次级代谢产物; 生物合成 中图分类号: Q939.9; Q81; R914.5 文献标识码:A 文章编号: 0513-4870 (2013) 02-0155-06 Synthetic biology toward microbial secondary metabolites and pharmaceuticals WU Lin-zhuan, HONG Bin* (Key Laboratory of Biotechnology of Antibiotics of Ministry of Health, Institute of Medicinal Biotechnology, Peking Union Medical College and Chinese Academy of Medical Sciences, Beijing 100050, China) Abstract: Microbial secondary metabolites are one of the major sources of anti-bacterial, anti-fungal, anti- tumor, anti-virus and immunosuppressive agents for clinical use. Present challenges in microbial pharmaceutical development are the discovery of novel secondary metabolites with significant biological activities, improving the fermentation titers of industrial microbial strains, and production of natural product drugs by re-establishing their biosynthetic pathways in suitable microbial hosts. Synthetic biology, which is developed from systematic biology and metabolic engineering, provides a significant driving force for microbial pharmaceutical development. The review describes the major applications of synthetic biology in novel microbial secondary metabolite discovery, improved production of known secondary metabolites and the production of some natural drugs in genetically modified or reconstructed model microorganisms. Key words: microbial pharmaceuticals; synthetic biology; secondary metabolites; biosynthesis 来源于微生物的药物称为微生物药物(microbial medicine, microbial pharmaceuticals), 主要包括来源于微生物(特别是放线菌和真菌) 次级代谢产物的药物。 收稿日期: 2012-09-25; 修回日期: 2012-11-01. 基金项目: 国家“重大新药创制”科技重大专项资助项目(2012ZX09301002-001-016); 国家自然科学基金资助项目 (31170042, 81172964). *通讯作者 Tel: 86-10-63028003, E-mail: binhong69@https://www.doczj.com/doc/b017097026.html,, hongbin@https://www.doczj.com/doc/b017097026.html, 微生物药物例如抗生素, 在控制感染、免疫调节和治疗癌症等方面发挥了重要作用。目前, 已经从放线菌和真菌中发现了2万多种具有生物活性的次级代谢产物, 其中百余种成为微生物药物。随着对放线菌和真菌的持续开发利用, 直接从放线菌和真菌研制微生物新药难度越来越大, 主要原因在于: ①化合物排重难度很大(从微生物已经发现了25 000多种化合物); ②新微生物资源的分离培养工作没有突破性进展, 获得大量的、具有产生新次级代谢产物能 ·专题报道·
《生物医用材料》期末论文 学院：材料与化工学院 专业：材料科学与工程 学生姓名： 学号： 任课教师：唐敏 2010年6月20日
羟基磷灰石在生物医用材料中的研究进展 材料与化工学院 07材料科学与工程卢仁喜 摘要:羟基磷灰右是一种优质的医用生物材料，在生物医用材料和医学研究领域有着广泛的应用和研究。本文在综合了一些文献的基础上，对羟基磷灰石在生物医用材料的研究上做了总结和概括，并且提出了一些自己的看法。 关键字：羟基磷灰石生物医用材料进展 1.引言 生物材料(biomaterials)是对生物体进行治疗和置换损坏的组织、器官或增进其功能的材料。随着材料科学、生命科学与生物技术的发展，越来越多的生物材料得到广泛应用，人们开始在分子水平上去认识材料和机体问的相互作用，力求使无生命的材料通过参与生命组织的活动，成为有生命组织的一部分。其中金属材料、生物陶瓷材料、高分子材料、聚合物及其复合材料是应用最广泛的生物材料。近年来，常用的骨骼替代品是金属、塑料以及陶瓷等，其中以钛和钛合金为主。但是由于它们的惰性，它们不能很好的与生物体本身产生相容性，作为硬组织植入材料，它们与骨之间只是一种机械嵌连的骨整合，而非化学骨性结合，致使植入后与骨组织之间结合较差，常引起植入失效。同时金属的耐磨性和耐腐蚀性较差，腐蚀产牛的离子会对人体组织产生不良影响。羟基磷灰石(Hydroxyapatite，HA)生物陶瓷材料具有优良的生物活性和生物相容性，被认为是一种最具潜力的人体硬组织替换材料。但是HA的力学性能较差，抗弯强度和断裂韧性指标均低于人体致密骨，限制了它们单独在人体负重部位的使用。但是由于它本身的特点，以及自然界再也找不出与它具有类似生物相容性的陶瓷材料，同时他又可以同多种材料进行复合来改变它在某一方面的劣势。所以，近年来羟基磷灰石及其复合物的研究受到广泛关注。 2.羟基磷灰石及特点 羟基磷灰石(Hydroxyapatite，HA)是一种微溶于水的弱碱性磷酸钙盐，它是脊椎动物骨和齿的主要无机成分，在人骨中约占72％，齿骨中则高达97％，其生物相容性及活性良好，对人体无毒副作用，可增强骨愈合作用，能与自然骨产生化学结合，被认为是最有前途的人工齿及人工骨的替代材料。目前有关羟基磷灰石的研究已经取得了很大的进展，人工合成HA的方法主要有沉淀法、水热反应法和溶胶一凝胶法。然而，羟基磷灰石的烧结性能差，力学性能特别是冲击韧性不足以作为骨替代的理想材料，因此必须通过与其它材料复合来提高有关性能，使之得以在临床上推广应用。所以，基于羟基磷灰石在力学上的性质，它在生
第!期中!国!科!学!基!金"# !! !学科进展与展望! 合成生物学研究的进展 !!"中国科学院院士$ 本文于!%%&年’!月!"日收到$张春霆" !天津大学生命科学与工程研究院"天津(%%%)!# "摘!要#!本文简要介绍了合成生物学发展的历史背景与定义"它的主要研究内容"包括基因线路$合成基因组$合成药物与生物基产品或材料等%探讨了合成生物学与基因工程的异同"介绍了合成生物学在中国的发展情况"讨论了伦理道德与安全问题"最后展望了合成生物学的发展前景% "关键词#!合成生物学!基因线路!合成基因组!合成药物!合成生物基产品或材料!合成*+,序列 !!合成生物学的历史背景与定义 ’--%年人类基因组计划启动!随后模式生物基因组计划也快速实施!产生了大量的基因组*+,序列信息"由于新技术的出现!又促进了转录组学#蛋白质组学和代谢组学等的产生和发展"这一切又催生了一系列新兴交叉学科!如生物信息学和系统生物学等"基础研究的成果最终要转化为生产力!而合成生物学在!’世纪初的出现则是上述学科发展的一个合乎逻辑的结果"那么什么是合成生物学呢$合成生物学网站是这样介绍的%合成生物学包括两重意义%&’’新的生物零件&./01’#组件&234563’和系统的设计与构建(&!’对现有的#天然存在的生物系统的重新设计!以造福人类社会&711.%))89:; 173156<5=>=?9$=0?)’"维基百科全书是这样描述的%合成生物学旨在设计和构建工程化的生物系统!使其能够处理信息#操作化合物#制造材料#生产能源#提供食物#保持和增强人类的健康和改善我们的环境&711.%))3:$@5A5.325/$=0?)@5A5)B9173156*<5=>=; ?9’" "!合成生物学的主要研究内容 "#!!基因线路$$%&%’())(*)+(’% 说起基因线路或基因回路!最早可追溯到C/6=<和D=:=2关于半乳糖操纵子模型的经典工作" !"#$%&杂志在!%%%年发表了基因振荡和基因双稳态两个基因线路!被认为是奠基性的工作"现在则 已发表了大量的有关基因线路的工作!本文不拟详加介绍"一个典型的基因线路是基因双稳态线路+’,!由两个蛋白质编码基因与两个相对应的启动子组成"线路是这样设计的%蛋白质’的表达抑制了蛋白质!的表达!系统只有蛋白质’存在(反之!蛋白质!的表达抑制了蛋白质’的表达!系统只有蛋白质!存在"可在双稳态线路中加入诱导物!促使系统在两个稳定状态之间任意翻转"基因线路有广泛的应用!因篇幅所限不能展开介绍!下面只介绍(个应用例子" &’’大肠杆菌照相术+!, 首先从集胞兰细菌基因组中克隆两个基因并转入大肠杆菌!使之能生成对光敏感的藻青素!简称E F G"接着利用大肠杆菌中双组份信号转导系统’()*+,-./!将与E F G共价结合的脱辅基蛋白与’()*的组氨酸激酶结构域融合构成一个嵌合体!成为一个光敏部件"同时!将0-.1基因与2"3*基因融合!通过在2"3*基因上游引入0-.1启动子使其表达依赖于,-./"通过这一基因线路!2"3*基因的表达就会受光调控"当有红光照射时&相当于被摄物体的光亮部分’!’()*的自磷酸化被抑制!从而,-./不能被磷酸化激活!2"3*基因关闭!由涂抹在琼脂基片上的菌苔形成的底片保持原色"当没有红光照射时&相当于被摄物体的黑暗部分’!过程正好相反!’()*的自磷酸化被激活!从而使2"3*基因被磷酸化的,-./激活而表达!其产物为半乳糖苷酶!催化菌苔中的B;?/>&一种化合物’反应生成
沈宗洋等： (Na, K)NbO3基无铅压电陶瓷的研究进展· 521 · 第38卷第3期 氧化钇透明陶瓷的研究进展 靳玲玲1，蒋志君2，章健1，王士维1 (1. 中国科学院上海硅酸盐研究所，上海 200050；2. 科技部高技术研究发展中心，北京 100044) 摘要：Y2O3为立方结构，熔点高，化学和光化学稳定性好，光学透明性范围较宽，声子能量低，易实现稀土离子的掺杂。Y2O3透明陶瓷在高温窗口，红外头罩，发光介质(闪烁、激光和上转换发光)及半导体行业具有潜在应用价值，有些已获得实际应用。结合研究结果，本文重点介绍Y2O3透明陶瓷制备工艺的研究进展，综合评述Y2O3透明陶瓷在高压气体放电灯灯管、窗口材料、闪烁陶瓷、激光陶瓷、上转换发光等应用领域方面的研究，并对国内Y2O3透明陶瓷的研发提出看法。 关键词：氧化钇；透明陶瓷；制备工艺；稀土掺杂；综合评述 中图分类号：O61 文献标志码：A 文章编号：0454–5648(2010)03–0521–06 RESEARCH PROGRESS OF YTTRIA TRANSPARENT CERAMICS JIN Lingling1，JIANG Zhijun2，ZHANG Jian1，WANG Shiwei1 (1. Shanghai Institute of Ceramics, Chinese Academy of Sciences, Shanghai 200050; 2.The High Technology Research and Development Center, The Ministry of Science and Technology, Beijing 100044, China) Abstract: Because of the high melting point, chemical stability, high transmittance from ultraviolet rays to middle infra-red, and low phonon energy, yttria is a promising material for high temperature windows, infrared domes, optical matrix for scintillation, laser output and upconversion, and components of semiconductor devices. In this paper, the preparation process of yttria transparent ce-ramics and luminescence of the yttria transparent ceramics doped with rare earth elements are discussed in detail. And the applications in high-pressure gas discharge lamp, windows, scintillation ceramics, laser ceramics, upconversion luminescence, and so on are re-viewed. Finally, the views on the research of yttria transparent ceramics are put forward. Key words: yttria; transparent ceramics; preparation technology; rare-earth element doping; review 室温下，Y2O3为稳定的c型立方结构, 晶格常数为1.060nm, 空间群为T h7。每个单胞中包含32个Y3+和48个O2–。Y离子格位存在两种不同的晶格环境，有8个高对称性的S6(即C3i)格位和24个低对称性的C2格位。两种不同Y格位的配位数均为6。 Y2O3的物理化学性质的主要特点是： 1) 熔点高，化学和光化学稳定性好，光学透明性范围较宽(0.23～8.0μm)； 2) 在1050nm处，其折射率高达1.89，使其具有80%以上的理论透过率； 3) Y2O3具有足以容纳大多数三价稀土离子发射能级的、较大的导带到价带的带隙，可以通过稀土离子的掺杂，实现发光性能的有效裁剪，从而实现其应用的多功能化； 4) 声子能量低，其最大声子截止频率大约为550cm–1，低的声子能量可以抑制无辐射跃迁的几率，提高辐射跃迁的几率，从而提高发光量子效率；[1] 5) 热导率高，约为13.6W/(m·K)，高的热导率对其作为固体激光介质材料极为重要。[2] 上述特性使Y2O3透明陶瓷在高温窗口、红外探测、发光介质、半导体行业具有潜在应用价值。本 收稿日期：2009–06–16。修改稿收到日期：2009–08–08。基金项目：国家“863”计划(2006AA03Z535)资助项目。 第一作者：靳玲玲(1983—)，女，博士研究生。 通信作者：王士维(1964—)，男，博士，教授。Received date:2009–06–16. Approved date: 2009–08–08. First author: JIN Lingling (1983–), female, postgraduate student for doctor degree. E-mail: lljin@https://www.doczj.com/doc/b017097026.html, Correspondent author: WANG Shiwei (1964–), male, Doctor, professor. E-mail: swwang51@https://www.doczj.com/doc/b017097026.html, 第38卷第3期2010年3月 硅酸盐学报 JOURNAL OF THE CHINESE CERAMIC SOCIETY Vol. 38，No. 3 March，2010 DOI:10.14062/j.issn.0454-5648.2010.03.010
羟基磷灰石的研究进展及其应用 课程：材料科学前沿 姓名：盛亚雄 学号：1026010127 班级：10级材料科学1班 完成时间：2013年6月13日
目录 摘要 (2) 前言 (2) 1 羟基磷灰石的组成和晶体结构 (2) 2 羟基磷灰石的制备 (3) 3 羟基磷灰石复合材料 (4) 4 羟基磷灰石的应用 (5) 5羟基磷灰石的发展趋势 (7) 6结语 (8) 参考文献 (8)
羟基磷灰石的研究进展及其应用 摘要羟基磷灰石具有良好的生物活性，是较好的生物材料，故被广泛应用于 骨组织修复和替代技术。而又因具有特殊晶体化学特点，除作为医用生物材料外，还用作无机生物材料和激光器基质材料，尤其在环境治理、湿度传感器等研究领域具有重要意义。目前，羟基磷灰石的制备方法有溶胶-凝胶法、沉淀法、水热法、干式法和微乳液法等。对于制备要求较高，具有表面活性的吸附材料羟基磷灰石而言，溶胶-凝胶法是较为合适的方法。此外，本文还对羟基磷灰石复合材料进行了研究。以及对羟基磷灰石的应用了做出介绍和展望。 关键词羟基磷灰石制备复合材料环境材料生物陶瓷发展趋势 前言 磷灰石是自然界广泛分布的磷酸钙盐矿物，根据其结构通道中存在的阴离子的种类，可分为氟磷灰石和氯磷灰石等不同亚种矿物。其中，羟基磷灰石的研究和应用最广泛。由于羟基磷灰石(HA)不但与人体骨骼的晶体成分和化学结构基本一致，而且生物相容性和界面生物活性均优于医用钛、硅橡胶及植骨用碳材料等植入医用材料，另外有极其良好的骨传导性和骨结合的能力，无毒副作用，无致癌作用，因此被广泛用于作为硬组织修复和骨填充材料的生物支架及疾病、意外事故中的修复材料，是目前生物材料研究的热点。此外，大量研究表明，羟基磷灰石具有良好的离子交换性能，能吸附并回收利用地方饮用水中过量的氟离子和工业废水中的重金属离子，可以用作一种新型的环境功能矿物材料。多孔羟基磷灰石陶瓷耐热、耐湿范围广，灵敏度高，是一种新型的湿敏半导体陶瓷材料。本文的目的主要是介绍羟基磷灰石的制备，以及简单介绍一下羟基磷灰石复合材料，并且对其在生物材料和功能材料等方面的应用做出展望，这对今后羟基磷灰石的进一步的开发和研究具有重大意义。 1 羟基磷灰石的化学组 成和晶体结构 羟基磷灰石的化学式为 Ca10PO46OH2简写为HA或HAP, Ca/P的物质的量之比为1.67。其分 子结构为六方晶体，属于P63/m空 间群。晶胞常数为晶胞常数a= b= 9. 324 A , c= 6. 881A。单位晶胞含有