复合材料学报第24卷 第1期 2月 2007年A c ta M ateriae C om po sitae S inica
Vol.24
N o.1
Fe br uary
2007
文章编号:10003851(2007)01011006
收稿日期:20060403;收修改稿日期:20060621
通讯作者:姚子华,教授,主要从事材料的结构与性能表征方面的研究 E-mail :l v_cai xi a @126.co m
纳米羟基磷灰石/壳聚糖-硫酸软骨素
复合材料的制备及其性能研究
吕彩霞,姚子华
*
(河北大学化学与环境科学学院,保定071002)
摘 要: 采用共沉淀方法制备了纳米羟基磷灰石/壳聚糖-硫酸软骨素复合材料,用XRD 、SE M 、EDS 、T GA 及万能材料实验机等对材料性能进行了分析表征,并观察了材料在模拟体液中培养后表面结构、形态以及体系p H 值的变化。结果表明:纳米羟基磷灰石/壳聚糖-硫酸软骨素复合材料具有良好的力学性能,对机体微环境影响微小、表面矿化效果好,有良好的生物活性和生物相容性。当羟基磷灰石含量为50%时,抗压强度为42.3MPa ,该复合材料可满足骨组织修复与替代的要求,有望成为治疗骨缺损的承力替代物。关键词: 纳米羟基磷灰石;壳聚糖;硫酸软骨素;共沉淀法;复合材料;中图分类号: T B 332 文献标识码:A
Preparati on and characterization of nano-hydr oxyapatite/
chit osan-chondroiti n su lfate co mposite m ateri als
L
Cai xi a ,Y AO Z i hua
*
(Coll ege of Che m ist r y and Env i ron ment al Sci ence ,Hebei Universit y ,Baodi ng 071002,Chi na)
Abstr act : Nano-hydr oxyapatit e/chit osan-chondroiti n sulfat e co mposit es w it h differ ent m ass r atios w er e pr epar ed t hrough t he co-preci pit ati on met hod .The pr operti es of t hese co mposit es w ere char act erized and anal yzed by m eans of XRD,SE M,T GA and Uni versal Testi ng M achi ne.The change of t he m i neralizati on s urface of t he co mposit e ,p H and t he concentr ation of syst e m i n t he si mulat ed body fl ui d w ere obser ved .The r esult s sho w t hat t he nano-hydr oxyapatit e/chit osan-chondroiti n sulfat e co mposit es have s m all i nfl uence on t he body m icroenviron ment ,a good m i neralizati on effect on t he s urfaces a nd an excell ent bioco mpati bilit y a nd ost eoconducti on pr opert y .The m a xi mu m co mpressi ve st rengt h val ue i s 42.3MPa at 50%HA.The n-HA/CS-ChS co mposit e ca n meet t he de mand of r epa-rati on and substit ution of ost eo-ti ssue engi neeri ng and w ill be t he l oad-beari ng substit ut e t o t reat bone defect s .K eywor ds : na no-hydroxya patit e ;chit osan ;chondr o iti n sulfat e ;co-pr eci pit ation met hod ;co mposit e
羟基磷灰石(Hydroxya patit e ,H A)是动物和人体骨骼的主要无机矿物成分,具有良好的生物相容性、生物活性、骨传导性等,但由于它的脆性和极低的降解速率限制了其在骨组织工程中的应用,人们通过复合的方法来提高材料的性能。壳聚糖(Chit osan ,CS)是一种天然的生物可降解多糖,它由甲壳素(Chiti n)经脱乙酰化反应而得。壳聚糖作为细胞培育的载体已经成为近年来研究的重点,对多种组织细胞具有良好的相容性、促吸附和增殖能力,同时可调节力学性能使之与骨组织相匹配,而且其降解又可为细胞及组织的长入提供空间,从而
可以促进新骨的生成,并使植入物与骨组织间结合更为牢固,增强骨组织的键合能力。壳聚糖分子内和分子间强烈的氢键作用导致亲水性相对较差,在壳聚糖溶液中加入水溶性的物质硫酸软骨素,可提高其亲水性、柔韧性。
硫酸软骨素(Chondr o iti n sulfat e ,ChS)是人体结缔组织中常见的氨基多糖,从动物软骨中提取制备,具有澄清脂质、抗动脉粥样硬化及抗致粥样斑块形成的活性
[1,2]
。随着对其理化性质及生理功能
研究的深入,发现硫酸软骨素可稳定关节空间宽度与调整骨及关节的代谢,可使软骨细胞增多,显示
大鼠软骨组织和人膝组织有趋向性,对兔关节软骨的急性降解有保护作用,还具有抗炎、抗癌、抗H I V等活性[3]。本文作者从仿生角度出发,将其优点进行结合并赋予复合体优异的性能以适用于人体的生理负载环境,以期得到性能优良的纳米羟基磷灰石/壳聚糖-硫酸软骨素骨组织修复材料。
1实验部分
1.1试剂与仪器
C a(NO3)2?4H2O、KH2PO4、醋酸溶液均为分析纯;壳聚糖粉末,脱乙酰度为90%;硫酸软骨素,购自潍坊瑞光化工有限公司;J W E-50型万能实验机;KY KY-2800B扫描电子显微镜(北京中科科学仪器技术发展有限责任公司;Ther m o NO-RAN Vantage
D IS型X射线能谱仪,锂漂移硅探测器(美国),B e窗厚度7.6μm,测量范围N a-U; Y-2000X射线衍射仪,中国丹东射线仪器集团公司; Pyris6TGA热重分析仪,珀金埃尔默仪器(上海)有限公司(Perk in-
E l m er)生产。
1.2材料的制备
按照HA中C a/P为1.67的原子比,用去离子水配制磷酸二氢钾溶液,配制硝酸钙溶液,按照n-HA/CS-ChS质量比分别为70/30、50/50、40/60、30/70的比例称取壳聚糖和硫酸软骨素粉末,按文献[4]中壳聚糖与硫酸软骨素为5:1的质量比称取一定量的壳聚糖,溶于质量分数为2%的醋酸溶液中,待完全溶解后,用去离子水溶解硫酸软骨素加入到壳聚糖溶液中,连续搅拌4h使其完全混合均匀,再把硝酸钙溶液加入到混合液混匀,于40℃条件下,在剧烈搅拌下将磷酸二氢钾溶液逐滴滴入,在此过程中保持溶液的p H值为9～10,搅拌12h 后,将所得浆料陈化1d,将沉淀过滤,为防止其团聚,再将反应后产物在乙醇中分散,并搅拌10h,再次过滤后于80℃烘干。
1.3材料的分析测定与表征
制备的复合材料的模型照片如图1所示。应用液压式万能实验机测定其抗压强度。将材料研磨成粉末后,用X射线衍射仪对材料的组成进行分析,管电压30k V,管电流20mA,以镍为单色器滤光片,扫描范围为10°～60°,扫描速度0.06°/m in。将材料的表面经喷金处理后,用扫描电子显微镜观察材料表面的形貌及其细微结构。称取不同比例的样品均约10m g,用热重分析仪测定其失重温度曲
线,升温速率为20℃/m
in。
图1n-HA/CS-C hS复合材料的照片
F ig.1Photo of n-HA/C S-C hS co m posite
1.4生物相容性研究
按文献[5]的方法配制1.5倍模拟体液(1.5 ti m e ion concentra tion si m u la ted body fl u id, 1.5SBF),将浆料注入模具中成型并于80℃烘干,制成厚度2mm,直径约6mm的片状复合物,浸入到模拟体液中置于温度恒定在37℃的恒温箱中,模拟体液每两天更换一次。浸泡1、3、5、7、14d后,将材料取出用蒸馏水冲洗,然后在室温下干燥。模拟体液的成分与人体血浆的无机成分基本相同。在1.5倍SBF中,C a2+、HPO2-4离子的浓度是SBF 中的1.5倍,材料植入动物体内两周后细胞在材料表面开始生长[6],由此确定浸泡时间为14d。通过观察表面结构、形态、体系的变化以及能谱分析来评价复合材料的生物活性。
2结果与讨论
2.1材料的性能
2.1.1力学测试
实验结果见表1,在n-HA/CS-ChS比例为50/50(质量比,下同)时其抗压强度最大可达42.3 M Pa。文献[7]中HA含量为70%的(质量分数,下同)CHI/PAA/HAP复合材料最大抗压强度31.2 M Pa,这说明所得到的复合材料具有较好的力学性能。这是由于HA与CS-ChS聚合体形成复合物,壳聚糖硫酸软骨素增加了羟基磷灰石基体之间的结合力,使复合材料的抗压强度提高,这与文献[7, 8]的报道是一致的,但当壳聚糖和硫酸软骨素含量过高时,由于其高的韧性和水溶性使得复合材料的力学性能反而有所降低。
2.1.2XRD分析
羟基磷灰石/壳聚糖-硫酸软骨素复合材料的X
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1
1
1
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吕彩霞,等:纳米羟基磷灰石/壳聚糖-硫酸软骨素复合材料的制备及其性能研究
表1 不同比例的n-HA /C S -Ch S 复合材料
的抗压强度的变化
Tab le 1 C han ge s o f com p re s sive s tren g th w ith th e c om p o s it io n o f th e com p o s ite s
Theoretica l m ass fraction of the
n-HA/CS-ChS/%n-HA CS-ChS C o mpressive strength/M Pa
703031.2505042.3406038.530
70
36.2
射线衍射如图2所示,对于不同比例的羟基磷灰石、壳聚糖复合材料,在25.9°和31.8°两处出现了羟基磷灰石(002)和(211)晶面的特征衍射峰。从图2观察到HA 的特征衍射峰发生了展宽,说明羟基磷灰石呈弱结晶状态
[9]
,随着羟基磷灰石含量的减
少,峰的强度有不同程度的弱化,而随着壳聚糖含量的增加,同时在19.8°出现壳聚糖的主要衍射峰,并且其随含量增加逐渐增强。图2未出现硫酸软骨素的衍射峰,
这与结晶状态和成分含量的高低有关。图3 不同质量比的n-HA-C S-C hS 复合材料的SEM 照片((a)70∶30,(b)50∶50,(c)40∶60,(d)30∶70)
F ig .3 SE Mi m ages of n-H A /CS-ChS co mpos ite w ith d ifferent m ass rati os ((a)70∶30,(b)50∶50,(c)40∶60,(d)30∶70)
2.1.3 SEM 观察
通过SE M 可以观察到
,复合材料中的羟基磷
图2 不同质量比的n-HA/CS-ChS 复合材料的XRD 图谱
F i g .2 XRD spectra of the n-H A /CS-ChS
w ith d ifferent m ass rati os
灰石为类似于自然骨的纳米晶体,均匀分散于有机相壳聚糖与硫酸软骨素的基质中,见图3。在共沉淀过程中,壳聚糖的瞬时沉积将纳米羟基磷灰石微粒包裹起来,形成纳米级复合物,分散比较均匀。随着壳聚糖-硫酸软骨素含量的增多,并把羟基磷灰石包裹起来形成包裹物,颗粒减小,HA 中C a 2+
与相邻的壳聚糖胺基之间能够紧密接触,发生相互
作用
[10]
。n-HA/CS -C hS 质量比为50∶50时形成的
复合物完全团聚在一起,硬度比较大。
?
211?复合材料学报
2.1.4 热重分析
在50～800℃温度范围内测定了n-HA/CS-ChS 复合材料质量损失随温度的变化情况。由图4可知,随着温度的升高,样品质量逐渐减少,在600℃以后质量恒定不再变化。在50～200℃范围内,样品质量损失主要是因为其中水分的蒸发,也有羟基磷灰石的脱羟基化作用
[11]
。由于硫酸软骨
素和壳聚糖的分解温度约为260～300℃,在200～300℃这一温度范围内质量损失比较快,是硫酸软骨素-壳聚糖共同分解的结果,在600℃以后,剩余的成分主要是羟基磷灰石,质量恒定不再变化。由图4可知,不同比例的羟基磷灰石/壳聚糖
-硫酸软图5 n-HA/CS-ChS (50/50)复合材料在SBF 中培养
F ig .5 SE M m icrographs of the n-HA/C S-C hS(50/50)c o m posites after soaking i n SBF
骨素复合物的最终质量损失与它们的初始理论配比是一致的。这进一步说明了材料是均匀分散的纳米级复合物,
对于材料生物活性的提高是有利的。
图4 不同质量分数的n-HA/CS-ChS 复合材料的T G A 曲线
F ig .4 T GA c urves of the n-H A /CS-ChS co mpos ites
w ith different m ass fractions
2.2 生物相容性研究
图5是n-HA/CS-ChS =50∶50的复合材料在
?
311?吕彩霞,等:纳米羟基磷灰石/壳聚糖-硫酸软骨素复合材料的制备及其性能研究
模拟体液中浸泡培养不同时间的SE M 照片。从SE M 图可以看出0d 材料表面有分布比较均匀的的纳米颗粒,棱角和空隙比较多,在模拟体液中处理1d 后空隙减少,3、5d 天后空隙被填充,表明有新物质生成,7d 后表面基本被新生成的物质所覆盖,经SBF 处理14d 后,表面堆积了大量的颗粒状物,并且相互融合在一起,形成较为致密的表面层。
对n-HA/CS-ChS =50∶50X 射线能谱分析得出Ca /P 比率约为1.67左右,与人骨中磷灰石的C a/P 比率基本一致。从图6可以看出5d 后有羟基磷灰石的(002)、(211)衍射峰开始出现,7、14d 后峰强度增加,出现了羟基磷灰石的其它明显特征衍射峰,随着浸泡时间的延长特征衍射峰强度也逐渐增强,进一步说明了羟基磷灰石的生成。
表2是复合材料在浸泡过程中模拟体液p H 值的变化情况,由图5可以看出材料表面有被侵蚀的现象,是由于复合材料中有机相
CS 在浸泡过程中图7 不同比例的n-H A /CS-ChS 复合材料在SBF 中培养14d 后的能谱图
F ig .7 EDS pa tterns of surf ace of d iff erent rati os the n-HA/CS -C hS co m posites after s oak ing i n SBF f or 14d
逐渐发生降解,从而为羟基磷灰石的形成提供空间,随着壳聚糖的降解,p H 值降低,而随着p H 值的降低,壳聚糖的降解速度不断加快[12],同时在材料表面形成了类骨磷灰石
,说明了复合材料具有高
图6 n-HA/CS-ChS (50/50)复合材料在模拟体液
中培养不同时间的XRD 图谱
F ig 6 XRD s pectra of the n-HA/C S-C hS (50/50)co mpos ites
after soaking in SBF f or different ti m es
的生物活性。张福江等[13]认为HA 对C a 2+有强吸附性,HA 对模拟体液中阳离子的吸附量增加,对模拟体液中p H 值的影响也增大,从总体来看,材料的稳定性较高,对微环境p H 值的影响较小。壳聚糖对磷灰石和方解石的沉积有促进作用[14],硫酸软骨素表面的亲水性和柔韧作用,将有利于细胞的帖附与生长。
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411?复合材料学报
表2n-HA/C S-Ch S=50∶50在模拟体液中培养
不同时间pH值的变化
T ab le2Th e chan g e o f pH o f c om po s it e
n-HA/C S-C hS=50∶50in SB F
Soaking ti m e/d135714 p H va l ue6.906.65 6.506.456.25
另外,从能谱图7可以看出复合材料在模拟体液中浸泡培养14d后,出现氯的特征峰,并且随着复合材料中壳聚糖含量的增加,氯的特征峰逐渐增强,这是由于模拟体液中含有大量的氯离子,壳聚糖对氯有很强的吸收作用造成的[15]。当壳聚糖和硫酸软骨素的含量为70%时,对氯离子有很强的吸收,作为植入材料对人体是否有影响,目前尚未见报道,有待进一步研究。
3结论
本文中采用共沉淀法合成了不同比例的n-HA/CS-ChS复合材料。在羟基磷灰石中加入壳聚糖和硫酸软骨素,复合材料的力学性能得到改善,形成了分散均匀的纳米级复合材料。测定样品在模拟体液中的微观形貌、表面矿化、p H值的变化以及能谱情况,说明复合材料有较高的生物活性和生物相容性,有利于基质细胞的贴附和生长,此三元复合物对骨细胞生长的作用机理有待进一步研究。可以预见,n-HA/CS-ChS复合材料植入体内后将可以有效地促进骨的修复和重建,作为骨组织修复材料具有一定的可行性。
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吕彩霞,等:纳米羟基磷灰石/壳聚糖-硫酸软骨素复合材料的制备及其性能研究
纳米羟基磷灰石制备方法及应用 赖荣辉 西南民族大学化学与环境保护工程学院高分子化学与物理 摘要 羟基磷灰石（HA）具有良好的生物相容性和生物活性，被广泛的应用于骨修复和药物载体中。但是其本身容易团聚，而形成较大的晶体，使得其生物学性能下降。合成纳米级的羟基磷灰石，使得羟基磷灰石具有较大的比表面积，而具有较好的生物学性能。本文综述了近年来合成纳米羟基磷灰石的进展和几种主要的合成方法包括：水热法、超声法、溶胶-凝胶法、自燃烧法。并对纳米羟基磷灰石的一些改性方法做了简述。最后还对纳米羟基磷灰石的一些应用做了简述。 关键词：羟基磷灰石;制备方法;生物材料;纳米晶体 0 前言 羟基磷灰石，英文名Hydroxyapatite（HA）,其化学式为Ca10(PO4)6(OH)2作为一种现代的纳米生物材料，是动物和人体骨骼和牙齿的主要无机成分，具有良好的生物相容性。故常用作骨修复材料和药物载体[1] 1 纳米羟基磷灰石的合成方法 一、自燃烧法 自燃烧法是一种利用硝酸盐与羧酸反应，在低温下实现原位氧化、自发燃烧、快速合成产物前驱体粉末的方法[2]。王欣宇等[3, 4]通过自燃烧法投制备纳米羟基磷灰石粉，他们结合络合物机理和氧化还原反应机理，以柠檬酸为络合剂并通过其具有还原性与硝酸盐混合均匀后进行充分络合，在加热条件下就会发生氧化还原反应，在较低的温度下就可以燃烧。其反应方程式如下：
C6H8O7 + Ca2+ = C6H6O7Ca + 2H+（l） 5C6H6O7Ca + l8NO3- + l8H+ = 30CO2 +9N2 + 24H2O + 5CaO （2）9Ca(NO3)2+ 5C6H8O7 = 30CO2 + 9N2 +20H2O + 9CaO （3）王欣宇等最后所得的自燃烧法制备纳米羟基磷灰石的最佳条件为n（H2O）: n （Ca2+）= 30 ~ 35时，可使自燃烧反应进行，反应时间短。对于该反应体系pH的最佳范围为2 ~ 3。最佳的加热温度为80℃，自燃烧产物粉末煅烧的最佳温度为750℃。采用上述最佳工艺条件制备出的HAP 粉末，经超声分散，分散介质为水，然后用粒度分析仪测定粉末的二次平均粒径为494.6±l0.l nm。可见，虽然他们得到了纳米级的羟基磷灰石，但是其平均粒径对于现在的临床研究来说仍然太大了，并且在自燃烧法的反应过程复杂，过程的煅烧温度750℃过高，不利于控制。 二、水热法 水热法是在特定的密闭容器（高压釜）里，用水溶液作反应介质，通过对反应容器加热，创造一个高温、高压的反应环境，使得通常难溶或不溶的物质溶解并且重结晶，从而得到纳米结构的晶体。其优点是可以通过控制水热条件（温度、反应时间、前驱物形式等）面得到不同的粉体晶粒物相和形貌[5]，徐光亮, 聂轶霞[5]等人利用CaCO3和CaHPO4·2H2O按一定的n(Ca)/n(P)混合在高温高压下合成纳米羟基磷灰石，并且通改变反应的条件：前驱物配比、水热反应温度、以用反应时间等来研究羟基磷灰石合成的最佳反应条件。对于水热法，仍存在一些缺点，因为水热反应耍要在一个高温高压的反应条件下进行，过程不易控制。并且，反应时间耍8h以上才能达到最佳反应，反应时间过长。 另，据报道，任强，罗宏杰等[6]人通过低温燃烧／水热法联合法制备了纳米羟基磷灰石。该方法充分发挥了低温燃烧法(LCS)和水热法的优势，具有制备温度低、反应速度快、制备效率高以及粉体的纯度高、粒度小(40 nm～80 nm)且均匀等优点。该次实验主要用Ca(NO)2,(NH4)2HPO4和柠檬酸(C6H8O7H2O)，通过羟基磷灰石中的Ca:P=5:3，并根据燃烧化学基本理论来参加反应。该实验的主要环节是反应温度的确定和硝酸钙与磷酸氢二铵和柠檬酸的比例，其最佳比例为Ca(NO3)2·4H2O:(NH4)2HPO4:C6H8O7·H2O=5:3:2.2。实验的具体过程是：
浅谈中职学校就业方向英语教学 摘要：中职学校英语教学具有很强的挑战性和灵活性，老师不但要具有深厚的专业知识，更需要根据中职学生与普通中学学生性质的不同而有针对性地进行英语教学。中职英语老师需要有针对性的备课，灵活多变的课堂组织教学，以及不可忽略的课后教学。 关键词：中职学生就业方向英语教学 中图分类号： g718 文献标识码： c 文章编号：1672-1578（2011)11-0215-02 许多中等职业学校的教师都认为教学就是把自己所学知识倾囊 相授，这些年教学实践使笔者明白中职英语教学具有很强的挑战性和灵活性，老师不但要具有深厚的专业知识，更需要根据中职学生与普通中学学生的性质不同，而有针对性地进行英语教学。下面笔者主要针对就业方向的中职学生浅谈一下英语教学应该注意的几点： 1 有针对性地备课 中等职业学校学生的文化知识一般比较差，英语老师在教学前是否认真的有针对性的备课是教学是否成功的首要条件，备课时教师要熟悉大纲和教材，把握教学内容；分析教学任务，明确教学目标；研究学生特点和性质以及学生的知识基础，选择教学方法；设计教学过程，编写教学计划，从而为上课做好充分的准备。中等职业学校就业方向的英语教学应以“适用”为备课原则，以求学生能掌握一些基础英语知识以及能说一些日常生活适用的英语，很多属于高
考的英语知识点或难点则可以选择不予讲解。 2 进行有效的课堂组织教学 2.1激发学习英语的激情与兴趣 每个教师都明白学习兴趣对于教学的重要性，而在中职学校教学过程中这一点显得尤为重要，中职学生在中学的文化课已经相对薄弱，这严重导致了他们缺乏对文化课的学习兴趣，进入中职学校还要学习文化课，他们显然没有任何的学习兴趣，尤其是英语这一学科，一些学生甚至连26个英语字母都在中学时没能掌握，不能准确的针对国际音标发音，怎能还有学习兴趣？所以作为一名中职学校的英语教师，怎样唤醒中职学生的英语学习兴趣是一个教学过程中的一个重点也是难点，培养中职学生学习英语的激情与兴趣应该从两点出发：首先，要从教师本身出发。我们很多人都认为老师一般都需要在学生面前建立自己的威信，这点的确需要，但是往往很多老师过于严肃，让学生产生了相当大的畏惧心理，再加上教学内容全是枯燥的英语语法知识，中职学生怎能对英语学习充满学习兴趣？其实老师上英语课应该一改严肃的教学风格，上课可以带上丰富的肢体语言，英语语言可以抑扬顿挫，面部表情可以根据授课内容而变化，同时老师面对学生要少一点架子，多一点的尊重和真诚，少一点尖酸刻薄，多一点赏识和信赖，少一些冷漠，多一点的热情和交流.师生之间只有互相了解，互相沟通，互相平等，学生才会喜欢你，才会爱你，到那时候，“亲其师而信其道”，一名这样的英语教师在学生喜欢的环境下教学必定充满了教学乐趣，学生同时也
溶液配制 1、纤维素酶解液：
2、PEG4000溶液（一次配置可以保存五天，但是最好现用现配，每个样品需100μl PEG4000溶液，可根据实验样品量调整溶液配置总量）
3、W5 溶液 4、MM G溶液
5、WI溶液 拟南芥原生质体制备转化方法整理 一、土培室播种种植的拟南芥。 二、生长良好情况下在未开花前用于取材叶片制备原生质体。 三、剪取中部生长良好的叶片用刀片切成0.5 -1 mm宽的叶条。 四、将切好叶条掷入预先配置好的酶解液中（每5-10 ml酶解液大约需10-20片叶子）。并用镊子帮助使叶子完全浸入酶解液。
五、用真空泵于黑暗中抽30分钟。（此时可配制PEG4000溶液，200和1000 ul 枪头去尖使操作时吸打缓和。） 六、在室温中无须摇动继续黑暗条件下酶解至少3个小时。当酶解液变绿时轻轻摇晃培养皿促使原生质体释放出来。（此时预冷一定量W5溶液） 七、显微镜下检查溶液中的原生质体，拟南芥叶肉原生质体大小大约30-50 um。 八、在过滤除去未溶解的叶片前用等量的W5溶液稀释含有原生质体的酶液。 九、先用W5溶液润湿35-75 um的尼龙膜或60-100目筛子，然后用它过滤含有原生质体的酶解液。 十、用30毫升的圆底离心管100g，1-2分钟离心沉淀原生质体。尽量去除上清然后用10ml 冰上预冷的W5溶液轻柔重悬原生质体。 十一、在冰上静至原生质体30分钟。 以下操作在室温23℃下进行
十二、100g离心八至十分钟使原生质体沉淀在管底。在不碰触原生质体沉淀的情况下尽量去除W5溶液。然后用适量MMG溶液（1m）重悬原生质体，使之最终浓度在2X105个/ml。 十三、加入10 ul DNA（10-20微克约5-10kb的质粒DNA）至2ml离心管中。 十四、加入100 ul原生质体（2x104个），轻柔混合。 十五、加入110 ul PEG溶液，轻柔拍打离心管完全混合（每次大约可以转化6-10个样品）。 十六、诱导转化混合物5-15分钟（转化时间视实验情况而定，要表达量更高也许需要更高转化时间）。 十七、室温下用400-440 ul W5溶液稀释转化混合液，然后轻柔颠倒摇动离心管使之混合完好以终止转化反应。 十八、室温下用台式离心机100g离心2分钟然后去除上清。再加入1ml W5溶液悬浮清洗一次，100g离心两分钟去上清。
第18卷第2期2010年6月 纤维素科学与技术 Journal of Cellulose Science and Technology V ol. 18 No. 2 Jun. 2010 文章编号：1004-8405(2010)02-0033-06 纤维素/壳聚糖复合膜的制备及结构表征 马浩，郑长青，李毅群* （暨南大学化学系，广东广州 510632） 摘要：通过氯化1-(2-羟乙基)-3-甲基咪唑离子液体（[HeMIM]Cl）溶解微晶纤维素， 并与壳聚糖的醋酸溶液混合的方法制备了质量比为2∶1的再生微晶纤维素/壳聚糖 复合膜。利用红外光谱、X射线衍射、热重分析、扫描电镜和数码相机照片对复合 材料的结构进行表征。IR结果表明再生微晶纤维素与壳聚糖分子之间存在着强烈的 氢键作用，且二者相容性较好；XRD、TGA结果表明复合材料中纤维素和壳聚糖有 较强的相互作用；SEM结果表明复合材料表面粗糙，比表面积较大，可以作为潜在 的生物医用材料。 关键词：纤维素；壳聚糖；复合膜 中图分类号：O636文献标识码：A 纤维素和壳聚糖是自然界中可生物降解、生物相容性较好的两种天然高分子材料。纤维素是由β-(1→4)-链接的D-葡萄糖组成，它含有大量羟基，易形成分子内和分子间氢键，具有一定的力学强度，但成膜性较差[1]。壳聚糖是由D-氨基葡萄糖通过β-1,4-糖苷键结合而成，具有抗菌性及多种生物活性、吸附功能等，但壳聚糖吸水性强，所形成的纤维或膜材料的湿态机械强度差，易溶胀，作为医用材料的应用受到限制[2-6]。纤维素/壳聚糖复合材料具有纤维素和壳聚糖共同的特点，具有生物相容性和可生物降解性。其复合膜可以弥补纤维素和壳聚糖存在的不足，在生物医药领域中应用有着重要意义[7]。由于纤维素难溶解[8]，目前主要是通过向壳聚糖的醋酸溶液中添加纤维素粒子的方法制备纤维素/壳聚糖复合材料[9-11]，但是这种固―液混合的方法无法像液―液混合一样制备混合均匀的复合材料，于是有待于建立一个制备均匀的纤维素/壳聚糖复合材料的新方法。由于离子液体为纤维素的直接溶剂，能有效地溶解纤维素[12]，因此，基于纤维素的离子液体溶液与壳聚糖的醋酸溶液能够实现液―液混合制备混合更加均匀的复合材料。本文正是通过混合微晶纤维素的离子液体溶液和壳聚糖的醋酸水溶液的方法，制备得到了质量比为2∶1的再生微晶纤维素/壳聚糖复合材料，并对这一材料的结构进行了初步表征。 收稿日期：2010-01-06 ?通讯作者 基金项目：国家自然科学基金（20672046）、广东省自然科学基金（8151063201000016）资助项目。 作者简介：马浩（1985~），男，安徽濉溪人，硕士研究生；从事功能高分子材料的研究。
医疗卫生装备?２００７年第２８卷第４期 ＣｈｉｎｅｓｅＭｅｄｉｃａｌＥｑｕｉｐｍｅｎｔＪｏｕｒｎａｌ?２００７Ｖｏｌ．２８Ｎｏ．４ 纳米羟基磷灰石及其复合材料的研究进展 李志宏 武继民 李瑞欣 许媛媛 张西正 （军事医学科学院卫生装备研究所 天津市 ３００１６１） 摘要纳米羟基磷灰石具有良好的生物相容性和生物活性，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。但是，由于材料本身力学性能较差制约了羟基磷灰石的进一步应用，因此，提高及制备综合性能优越的纳米羟基磷灰石复合生物材料是当今研究的重心和热点。综述了纳米羟基磷灰石制备的主要方法及其复合生物材料的研究进展，并探讨了纳米羟基磷灰石骨修复材料的发展方向。关键词 纳米羟基磷灰石；复合材料；骨修复 Ａｄｖａｎｃｅｓｉｎｎａｎｏ－ｈｙｄｒｏｘｙａｐａｔｉｔｅａｎｄｉｔｓｃｏｍｐｏｓｉｔｅ ＬＩＺｈｉ－ｈｏｎｇ，ＷＵＪｉ－ｍｉｎ，ＬＩＲｕｉ－ｘｉｎ，ＸＵＹｕａｎ－ｙｕａｎ，ＺＨＡＮＧＸｉ－ｚｈｅｎｇ （ＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＭｅｄｉｃａｌＥｑｕｉｐｍｅｎｔ，ＡｃａｄｅｍｙｏｆＭｉｌｉｔａｒｙＭｅｄｉｃａｌＳｃｉｅｎｃｅｓ，Ｔｉａｎｊｉｎ３００１６１，Ｃｈｉｎａ） ＡｂｓｔｒａｃｔＮａｎｏ－ｈｙｄｒｏｘｙａｐａｔｉｔｅｈａｓｂｅｅｎｗｉｄｅｌｙｕｓｅｄａｓｒｅｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｖｅａｎｄｐｒｏｓｔｈｅｔｉｃｍａｔｅｒｉａｌｆｏｒｏｓｓｅｏｕｓｔｉｓｓｕｅ，ｏｗｉｎｇｔｏｉｔｓｅｘｃｅｌｌｅｎｔｂｉｏｃｏｍｐａｔｉｂｉｌｉｔｙａｎｄｔｉｓｓｕｅｂｉｏａｃｔｉｖｉｔｙ．Ｂｕｔｔｈｅｐｏｏｒｍｅｃｈａｎｉｃａｌｐｒｏｐｅｒｔｙｏｆｈｙｄｒｏｘｙａｐａｔｉｔｅｒｅｓｔｒｉｃｔｓｉｔｓｆｕｒｔｈｅｒａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ．Ｉｎｏｒｄｅｒｔｏｅｎｈａｎｃｅｔｈｅｃｏｍｐｒｅｈｅｎｓｉｖｅｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｏｆｔｈｅｍａｔｅｒｉａｌ，ｍａｎｙｒｅｓｅａｒｃｈｅｓｈａｖｅｂｅｅｎｄｅｄｉｃａｔｅｄｔｏｔｈｅｓｙｎｔｈｅｓｉｚａｔｉｏｎｏｆｔｈｅｃｏｍｐｏｓｉｔｅｍａｔｅｒｉａｌｓ．Ｔｈｉｓａｒｔｉｃｌｅｒｅｖｉｅｗｓｔｈｅｍａｉｎｐｒｅｐａｒａｔｉｏｎｍｅｔｈｏｄｓｏｆｎａｎｏ－ｈｙｄｒｏｘｙａｐａｔｉｔｅａｎｄｔｈｅａｄｖａｎｃｅｍｅｎｔｉｎｒｅｓｅａｒｃｈｏｆｉｔｓｃｏｍｐｏｓｉｔｅ．Ｔｈｅｄｉｒｅｃｔｉｏｎｓｉｎｔｈｉｓｒｅｓｅａｒｃｈａｒｅａａｒｅｄｅｓｃｒｉｂｅｄａｓｗｅｌｌ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓｎａｎｏ－ｈｙｄｒｏｘｙａｐａｔｉｔｅ；ｃｏｍｐｏｓｉｔｅｍａｔｅｒｉａｌ；ｂｏｎｅｒｅｐａｉｒ 作者简介：李志宏，硕士，主要从事高分子材料和生物材料方面的研究； 武继民，博士，硕士生导师，副研究员。 羟基磷灰石（ｈｙｄｒｏｘｙａｐａｔｉｔｅ，ＨＡ或ＨＡＰ）是自然骨无机质的主要成分，具有良好的生物相容性和生物活性，可以引导骨的生长。其表面具有极性，与机体组织有较强的亲和力，与骨组织形成牢固的骨性结合，是公认性能良好的骨修复替代材料。本文综述了纳米羟基磷灰石复合生物材料的研究进展，并探讨了其可能的发展方向。 １纳米羟基磷灰石的合成 羟基磷灰石超微粉属无机材料，常用制备方法有水热法、 沉淀法、溶胶－凝胶法、微乳液法等。此外，还有等离子体喷涂法、干法、冲击波法等。 １．１水热法 水热法是指在密封压力容器中，以水溶液作反应介质，在 高温、高压下，使通常难溶或不溶的物质溶解且重结晶的一种制备材料的方法。它可以用来生长各种单晶，制备超细、无团聚或少团聚、结晶完好的陶瓷粉体和无机纤维或晶须增强材料。近年来，水热法制备羟基磷灰石也取得了很大的进展。 廖其龙等［１］经水热反应获得了晶粒完整、 粒度在１００ｎｍ以下的柱状或针状ＨＡ晶体，结果表明：随Ｃａ／Ｐ比的增加，进入磷灰石结构的ＣＯ３２－的量增加，引起晶格畸变，晶粒尺寸降低。肖秀峰等［２］研究发现随水热温度的提高和时间的延长，晶体发育越完整，晶粒尺寸越大。郭广生等［３］ 研究中发现水热温度和反应时间对ＨＡ微晶尺寸变化有较大的影响，高温有利于ＨＡ微晶在ａ轴方向的生长，而延长时间则有利于其在ｃ轴方向的生长。刘晶冰等［４］在较低温度下合成了结晶度较高的棒状羟基磷灰石粉末，同时研究了ｐＨ值及温度对产物结构及形貌的 影响。 １．２沉淀法 沉淀法通常是在溶液状态下将不同化学成分的物质混合， 在混合溶液中加入适当的沉淀剂制备超微颗粒的前驱体沉淀物，再将此沉淀物进行干燥或煅烧，从而制得相应的超微颗粒。此法制备纳米ＨＡ大多采用无机钙盐和磷酸盐反应得到。 任卫等［５］采用均相共沉淀法和爆发成核法制备出了可长期稳定的、尺度在６０～７０ｎｍ的ＨＡ溶胶和纳米粒子。 吕奎龙等［６］ 经研究发现：加入形核剂、适当提高反应温度及搅拌速度有 利于制备纯净的羟基磷灰石。李玉峰［７］研究表明：控制反应温度、加料速率，使体系维持一定ｐＨ值范围，并适当引入超声波及其它强化条件，可以合成Ｃａ／Ｐ比值较为理想、ＨＡ相较纯、晶粒度（２７２．２￣５４４．７）分布好的羟基磷灰石。郭大刚等［８］制得尺寸和形状更接近于人体骨磷灰石结构的ＨＡ颗粒，并具有较好的尺寸稳定性，６００℃下仍能保持不团聚长大。 １．３溶胶－凝胶法（Ｓｏｌ－Ｇｅｌ） 溶胶凝胶法的基本原理是：将金属醇盐或无机盐水水解， 然后使溶质聚合胶化，再将凝胶干燥、焙烧，最后得到无机材料。其优点是：原料均匀混合；产品粒子化学均匀性好、纯度高、颗粒细；可容纳不溶性组分或不沉淀组分；烘干后凝胶颗粒烧结温度低。 黄志良等［９］用Ｓｏｌ－Ｇｅｌ法制备了不同钙磷摩尔比的ＨＡＰ和不同ＣＯ３２－含量的ＨＡＰ，并系统研究此２类磷灰石的热稳定性。结果表明：Ｃａ和ＨＡＰ由于存在填隙缺陷结构，表现出较高的热稳定性；在１５０￣８００℃范围内ＣＨＡＰ（含有ＣＯ３２－的ＨＡＰ）中的ＣＯ３２－脱除是非平衡态的连续固溶体分解，同时其结晶度增加且晶粒重结晶长大。袁媛等［１０］以四水硝酸钙和磷酸三甲酯为 中图分类号：ＴＢ３８３；ＴＢ３３ 文献标识码：Ａ 文章编号：１００３－８８６８（２００７）０４－００３０－０２ ＧＥＮＥＲＡＬＲＥＶＩＥＷ 综述 ３０
方法： 1.1溶胶一凝胶法 溶胶一凝胶法是一种制备纳米复合材料的重要方法，它是将无机相的前驱体(例如:正硅酸乙醋)和聚合单体、低聚物或高聚物在液态状态下相互混溶，实现分子级水平的均匀混合后，发生溶胶一凝胶反应，生成的纳米复合材料的各组分之间可以形成相互连接的范德华力、氢键或者是化学键，防止了相分离的发生。 溶胶凝胶法的特点在于，该方法反应条件温和，分散均匀，甚至可以达到“分子复合”的水平。目前溶胶一凝胶法是应用最多、也比较完善的方法之一。但它也有一些缺点，如前驱物大都是正硅酸烷基酷，价格昂贵而且有毒;干燥过程中由于溶剂、小分子的挥发，使材料内部产生收缩应力，致使材料脆裂，很难获得大面积或较厚的纳米复合材料等。 1.2原位聚合法 原位聚合，即在位分散聚合，是制备具有良好分散效果纳米复合材料的重要方法。该方法将纳米粒子在单体中均匀分散，然后在一定条件下就地聚合，形成纳米复合材料。 （由于这些原位生成的第二相与基体间的界面有着理想的原位匹配，能显着改善材料中两相界面的结合状况。而且，原位复合省去了第二相的预合成，简化了工艺。此外，原位复合还能够实现材料的特殊显微结构设计并获得特殊性能，同时避免因传统工艺制备材料时可能遇到的第二相分散不均匀，界面结合不牢固以及物理、化学反应使组成物相丧失某些特性等不足的问题。原位聚合法可在水相，也可在油相中发生，单体可进行自由基聚合，在油相中还可进行缩聚反应，适用于大多数聚合物基有机一无机纳米复合体系的制备。）原位聚合法反应条件温和，制备的复合材料中纳米粒子分散均匀，粒子的纳米特性完好无损。同时在聚合过程中，只经次聚合成型，不需热加工，避免了由此产生的降解，从而保持了基本性能的稳定。但其使用有较大的局限性，因为该方法仅适合于含有金属、硫化物或氢氧化物胶体粒子的溶液中使单体分子进行原位聚合制备纳米复合材料。 1.3插层法 插层复合法是将单体或插层剂插层于具有层状结构的硅酸盐(粘土、云母等)、石墨、金属氧化物等无机物中，然后单体在无机片层之间聚合。在此过程中，单体进入无机片层之间，并因聚合可使片层间距扩大甚至剥离，使层状填料在聚合物基体中达到纳米尺度的分散，从而获得纳米级复合材料。 1.3.1溶剂插层法(大分子或预聚物插层法) 该方法首先将层状硅酸盐在一种溶剂(可以是有机溶剂或水)中剥离成单片层，然后将聚合物(对于不溶解聚合物，可使用预聚物)溶解在该混合物中，由于聚合物与层状硅酸盐片层有一定的吸附作用，当除去溶剂后，层状硅酸盐发生聚集，将聚合物夹在层状硅酸盐之间，得到具有一定规整结构的纳米复合材料。 对于水溶性基体，如氧化聚乙烯PEo[聚乙烯醇PV A[s]都使用该方法得到了插层型纳米复合材料，而聚己酸内醋PCL和聚交酷PLA溶解在氯仿中也使用该方法得到了纳米复合材料件。对于不能溶解的一些聚合物，则将其预聚物溶解在含有剥离层状硅酸盐的溶液中，使预聚物吸附在层状硅酸盐上，然后采用物理或化学方法将预聚物转化为目标聚合物，如聚酞亚胺。 1.3.2原位插层聚合法 将层状硅酸盐在液体单体(或单体溶液)中溶胀，然后单体在层间引发聚合，引发可以采
1.影响原生质体数量和活力的因素 （1）细胞壁降解酶的种类和组合 不同植物种类或同一植物种的不同器官以及它们的培养细胞，由于它们的细胞壁结构组成不同，分解细胞壁所需的酶类也不同。例如，叶片及其培养细胞用纤维素酶和果胶酶，根尖细胞以果胶酶为主附加纤维素酶或粗制纤维素酶（Driselase酶），花粉母细胞和四分体期小孢子用蜗牛酶和胼胝质酶，成熟花粉用果胶酶和纤维素醇。 （2）渗造压稳定剂 用酶法降解细胞壁前，为防止原生质体的破坏，一般需先用高渗液处理细胞，使细胞处于微弱的质壁分离状态，有利于完整原生质体的释放。这种高渗液称为渗透压稳定剂。常用的滲透压稳定剂有甘露醇、山梨醇、蔗糖、葡萄糖、盐类（KCI、MgSO4.7H2O）等。在降解细胞壁时，渗透压稳定剂往往和酶制剂混合使用。滲透压稳定剂中，用得最多的是甘露醇，常用于烟草、胡萝ト、柑橘、蚕豆原生质体制备；蔗糖常用于烟草、月季等；山梨醇常用于油菜原生质体制备。滲透压稳定剂种类及浓度的选择应根据植物种类而异，例如胡萝ト用0.56mol ／L甘露醇，月季用14％蔗糖，柑橘用0.8mol／L甘露醇，蚕豆用0.7mol／L甘露醇，烟草的四分体用7％熊糖，烟草的成熟花粉用13％甘露醇。 （3）质膜稳定剂 质膜稳定剂可以增加完整原生质体数量、防止质膜破坏，促进原生质体胞壁再生和细胞分裂形成细胞团。如在分离烟草原生质体时，在酶液中加人入葡聚糖硫酸钾，一旦洗净确液进行培养，原生质体很快长壁并持续细胞分裂形成细胞团。而未加葡聚糖硫酸钾的对照，原生质体经一周培养即解体。常用的原生质膜稳定剂有葡聚糖硫酸钾、MES、氯化钙、磷酸二氢钾等。 （4）pH的影响 分离原生质体时，酶液的pH是值得注意的问题。因为降解酶的活力和细胞活力最适pH是不一致的低pH时（＜4.5），酶的活力强，原生质体分离速度快，但细胞活力差，破坏的细胞较多；pH偏高时，酶活力差，原生质体分离速度慢，完整的原生质体数目较多。分离原生质体时，酶液的pH因植物种类不同而有差异，如胡萝ト为5.5、月季为5.5～6.0、烟草为5.4～5.8、柑橘为5.6、蚕豆为5.6～5.7。 （5）温度影响 制备生质体时，一般在26土1℃条件下酶解。 （6）植物材料的生理状态 一般应选择植物体细胞分裂旺盛的部分进行取材。采用那些颗粒细小、疏松易碎的胚性愈伤组织和由其建立的胚性悬浮细胞系，更容易获得高质量的原生质体。要得到良好的供体材料，必要时应对材料进行预处理及预培养。 2.植物原生质体的纯化 材料经过一段时间的酶解后，需要将酶解混合物中破碎的原生质体、未去壁的细胞、细胞器及其他碎片去除出去。纯化原生质体的常用方法有过滤、离心、飘浮法，在实际操作中一般联合运用这三种方法。 1）过滤法用滤网过滤酶解混合物，滤去未被酶解的细胞、细胞团及组织块 2）离心法利用比重原理，在具有一定渗透压的溶液中，先进行过滤然后低速离心，使纯净完整的原生质体沉积于离心管底部。 3）飘浮法采用比原生质体比重大的高渗溶液（如蔗糖、Ficoll溶液），使原生质体漂浮在溶液表面。
纳米羟基磷灰石的制备及其在医学领域的应用 漳州师范学院 化学与环境科学系 08科学教育
摘要： 生物陶瓷纳米羟基磷灰石在自然界中以自然骨、牙中的无机矿物成分为主要形式。人工合成的纳米羟基磷灰石材料具有与自然矿物相似的结构、形态、成分，表现出良好的生物相容性和生物活性，广泛应用于医学领域。本文综合论述了纳米羟基磷灰石在物理化学方面的应用并对其在医学领域的应用进行了详细的论述和展望。 关键词：纳米羟基磷灰石、医学领域、合成方法及应用 Abstract： Biological nanometer hydroxyapatite ceramics in nature to natural bone and tooth the inorganic mineral composition as the main form. Synthetic nano hydroxyapatite orbital implant material has and natural mineral similar structure、shape、composition、show good biocompatibility and biological activity，widely used in medical field. The paper discusses the nano hydroxyapatite in physical chemistry and its application in medical field of applied discussed in detail and prospected. Keywords: nano hydroxyapatite，medical field，synthesis method and application
纳米复合材料制备文件管理序列号：[K8UY-K9IO69-O6M243-OL889-F88688]
方法： 1.1溶胶一凝胶法 溶胶一凝胶法是一种制备纳米复合材料的重要方法，它是将无机相的前驱体(例如:正硅酸乙醋)和聚合单体、低聚物或高聚物在液态状态下相互混溶，实现分子级水平的均匀混合后，发生溶胶一凝胶反应，生成的纳米复合材料的各组分之间可以形成相互连接的范德华力、氢键或者是化学键，防止了相分离的发生。 溶胶凝胶法的特点在于，该方法反应条件温和，分散均匀，甚至可以达到“分子复合”的水平。目前溶胶一凝胶法是应用最多、也比较完善的方法之一。但它也有一些缺点，如前驱物大都是正硅酸烷基酷，价格昂贵而且有毒;干燥过程中由于溶剂、小分子的挥发，使材料内部产生收缩应力，致使材料脆裂，很难获得大面积或较厚的纳米复合材料等。 1.2原位聚合法 原位聚合，即在位分散聚合，是制备具有良好分散效果纳米复合材料的重要方法。该方法将纳米粒子在单体中均匀分散，然后在一定条件下就地聚合，形成纳米复合材料。 （由于这些原位生成的第二相与基体间的界面有着理想的原位匹配，能显着改善材料中两相界面的结合状况。而且，原位复合省去了第二相的预合成，简化了工艺。此外，原位复合还能够实现材料的特殊显微结构设计并获得特殊性能，同时避免因传统工艺制备材料时可能遇到的第二相分散不均匀，界面结合不牢固以及物理、化学反应使组成物相丧失某些特性等不足的问题。原位聚合法可在水相，也可在油相中发
生，单体可进行自由基聚合，在油相中还可进行缩聚反应，适用于大多数聚合物基有机一无机纳米复合体系的制备。） 原位聚合法反应条件温和，制备的复合材料中纳米粒子分散均匀，粒子的纳米特性完好无损。同时在聚合过程中，只经次聚合成型，不需热加工，避免了由此产生的降解，从而保持了基本性能的稳定。但其使用有较大的局限性，因为该方法仅适合于含有金属、硫化物或氢氧化物胶体粒子的溶液中使单体分子进行原位聚合制备纳米复合材料。 1.3插层法 插层复合法是将单体或插层剂插层于具有层状结构的硅酸盐(粘土、云母等)、石墨、金属氧化物等无机物中，然后单体在无机片层之间聚合。在此过程中，单体进入无机片层之间，并因聚合可使片层间距扩大甚至剥离，使层状填料在聚合物基体中达到纳米尺度的分散，从而获得纳米级复合材料。 1.3.1溶剂插层法(大分子或预聚物插层法) 该方法首先将层状硅酸盐在一种溶剂(可以是有机溶剂或水)中剥离成单片层，然后将聚合物(对于不溶解聚合物，可使用预聚物)溶解在该混合物中，由于聚合物与层状硅酸盐片层有一定的吸附作用，当除去溶剂后，层状硅酸盐发生聚集，将聚合物夹在层状硅酸盐之间，得到具有一定规整结构的纳米复合材料。 对于水溶性基体，如氧化聚乙烯PEo[聚乙烯醇PVA[s]都使用该方法得到了插层型纳米复合材料，而聚己酸内醋PCL和聚交酷PLA溶解在氯仿中也使用该方法得到了纳米复合材料件。对于不能溶解的一些聚合
中国组织工程研究与临床康复 第 12 卷 第 19 期 2008–05–06 出版
Journal of Clinical Rehabilitative Tissue Engineering Research May 6, 2008 Vol.12, No.19
学术探讨
纳米羟基磷灰石及其复合生物材料的特征及应用★
李瑞琦，张国平，任立中, 沙子义，高宏阳，董 威, 赵 峰，王 伟
Characteristics and application of nano-hydroxyapatite and its composite biomaterials
Li Rui-qi, Zhang Guo-ping, Ren Li-zhong, Sha Zi-yi, Gao Hong-yang, Dong Wei, Zhao Feng, Wang Wei Abstract: Pubmed database and China Journal Full-text Database were both retrieved to screen out the articles, which
summarize and review the advanced progress of nano-hydroxyapatite (nHA) and its composite biomaterials. The nHA biomaterials are compounded with secondary phase or multiphase materials, contributing towards favourable histological reaction, together with satisfactory intensity and rigidity. Furthermore, the biomaterials may produce the scaffold of tissue regeneration. The nHA composite biomaterials are divided into nHA/natural polymer composites and nHA/artificial polymer composites. The former consists of nHA compounded with collagen, bone morphogenetic protein and polysaccharide materials, while the latter comprises the composites of nHA/polyamide, polyester or polyvinyl alcohol. Although the biocompatibility and bioactivity of nHA composites have been ensured, it is still a problem of tissue engineering materials that how to match the degradation velocity of composite biomaterials with bone growth speed. Li RQ, Zhang GP, Ren LZ, Sha ZY, Gao HY, Dong W, Zhao F, Wang W.Characteristics and application of nano-hydroxyapatite and its composite biomaterials.Zhongguo Zuzhi Gongcheng Yanjiu yu Linchuang Kangfu 2008;12(19):3747-3750 [https://www.doczj.com/doc/b88316083.html,/zglckf/ejournal/upfiles/08-19/19k-3747(ps).pdf]
Department of Orthopaedics, First Hospital of Hebei Medical University, Shijiazhuang 050031, Hebei Province, China Li Rui-qi ★ , Studying for master's degree, Associate chief physician, Department of Orthopaedics, First Hospital of Hebei Medical University, Shijiazhuang 050031, Hebei Province, China li_ruiqi2008@126. com Received:2008-04-24 Accepted:2008-05-04
摘要：检索 Pubmed 数据库和中国期刊全文数据库文献，对应用较为广泛的纳米羟基磷灰石及其复合生物材料研究进展
加以总结。纳米羟基磷灰石复合生物材料是在纳米羟基磷灰石中加入第二相或多相材料，以获得有利的组织学反应、满 意的强度和刚性，并为组织再生合成支架材料。纳米羟基磷灰石复合生物材料大致分为纳米羟基磷灰石 /天然高分子复合 材料和纳米羟基磷灰石 /人工高分子复合材料 2 类。前者包括纳米羟基磷灰石与胶原、骨形态发生蛋白、多糖类材料复合 而成的生物材料，并各具特点。后者是由纳米羟基磷灰石与聚酰胺、聚酯、聚乙烯醇等多种人工高分子生物材料复合而 成。在保证复合材料良好生物相容性和活性的前提下，如何使复合生物材料的降解速率与骨生长速度相匹配是组织工程 材料研究中有待解决的一个主要问题。 关键词：生物材料；羟基磷灰石类；纳米技术；复合体；综述文献 李瑞琦，张国平，任立中 , 沙子义，高宏阳，董威 , 赵峰，王伟.纳米羟基磷灰石及其复合生物材料的特征及应用[J].中国组 织工程研究与临床康复，2008，12(19):3747-3750 [https://www.doczj.com/doc/b88316083.html,/zglckf/ejournal/upfiles/08-19/19k-3747(ps).pdf]
加，提高了粒子的活性，从而有利于组织的结 0 引言 羟基磷灰石因其化学成分和晶体结构与 人体骨骼组织的主要无机矿物成分基本相同， 引入人体后不会产生排异反应，故其作为骨修 复替代材料在国内外的临床应用历史已有几 十年。并已被动物实验及临床研究证实具有无 毒、无刺激性、良好的生物活性、良好的生物 相容性和骨传导性、较高的机械强度及化学性 质稳定等特点，是较好的生物材料[1]。但因羟 基磷灰石的颗粒和脆性较大、缺乏可塑性、体 内降解缓慢、生物力学强度和抗疲劳破坏强度 较低，难于被机体完全替代、利用，使其临床 应用受到限制。近年来，随着纳米知识与技术 的不断发展，人们发现人体骨骼中的羟基磷灰 石主要是纳米级针状单晶体结构 。纳米级的 羟基磷灰石与人体内组织成分更为相似，具有 更好的生物学性能。根据“纳米效应”理论， 单位质量的纳米粒子表面积明显大于微米级 粒子，使得处于粒子表面的原子数目明显增
ISSN 1673-8225 CN 21-1539/R CODEN: ZLKHAH
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合[3]。基于此，纳米羟基磷灰石及其复合生物材 料成为当今研究的重心和热点。 1 问题的提出：
问题1：什么是纳米羟基磷灰石复合生物材料？ 问题2：纳米羟基磷灰石复合生物材料的分类？ 问题3：纳米羟基磷灰石选择天然高分子材料进行复 合的原因，复合生物材料的特点及用途如何？ 问题4：纳米羟基磷灰石选择人工高分子材料进行复 合的原因，复合生物材料的特点及用途如何？
河 北医 科大学 第 一医院骨科 河 北省石家庄市 050031 李 瑞琦 ★，男 ， 1966 年生，山西 省岚县人，汉族， 1990 年山西医科 大学毕业， 在读硕 士，副主任医师， 主 要从 事骨与 软 骨 缺损 的修复 研 究。 li_ruiqi2008@ https://www.doczj.com/doc/b88316083.html,
中图分类号:R318 文献标识码:A 文章编号:1673-8225 (2008)19-03747-04 收稿日期：2008-04-24 修回日期：2008-05-04 (54200804240026/J·Y)
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问题的解决
问题1：纳米羟基磷灰石复合生物材料的定义
纳米羟基磷灰石复合生物材料主要是指在 纳米羟基磷灰石中加入第二相或多相材料， 从而 获得有利的组织学反应、满意的强度和刚性，并 为组织再生合成支架材料[4]。羟基磷灰石以纳米 级纤维填充于有机基质， 有机基质为骨修复材料
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摘要 本文的目的是采用涂布法以聚乙烯醇(PVA)膜作为基膜制备壳聚糖复合膜, 以得到具有高阻隔性、较好力学性能、可降解性和抗菌性的食品包装材料,用乌氏粘度计测定壳聚糖的相对黏均分子质量。所用 3 种壳聚糖的相对黏均分 5 5 5 子质量分别为:4.68×10 、4.77×10 、6.68×10 。 比较抑菌圈法、比浊法、稀释平板计数法发现,比浊法结合稀释平板计数法用 于空白组与实验组的活菌计数,可以更准确地显示壳聚糖的抑菌效果。壳聚糖溶液 浓度为 0.01%的 LB 培养液在培养过程中出现絮状沉淀,而高浓度(0.1%)和空白实 验则不出现。这一有趣现象未见文献报导。相对分子质量大的壳聚糖的抑菌作用较 强。太低浓度的壳聚糖溶液,如 0.01%浓度,对两种细菌的抑菌效果不理想。对 E. coli 抑菌活性昀好的壳聚糖溶液浓度是 0.05%;而对 S. aureus 抑菌活性昀好的浓度则是 0.025%。 合成的两种壳聚糖衍生物样品(PCS、TMC)为白色絮状,都能溶于中性水。
浓度为 0.1%的 PCS 和 TMC 溶液都能有效抑制 E. coli 的生长。壳聚糖衍生物对细菌 的抑菌活性有一定的选择性。TMC 对 E. coli 菌比对 S. aureus 菌具有更好的抑菌效 果。 以 PVA 膜作为基材,采用涂布法制备了 PVA/壳聚糖复合膜。用万能材料试验机 测定复合膜的力学性能。复合膜的弹性模量随所用壳聚糖浓度的增大而增大。复合 膜的断裂伸长率和抗拉强度比 PVA 膜略微减小。 用透湿仪测定了复合膜的水蒸汽透过系数。各类复合膜的水蒸汽透过系数略高 于 PVA 膜。用 CS-1 和 CS-2 制得的复合膜的水蒸汽透过系数随壳聚糖浓度的增大而 增大;然而涂布 CS-3 的复合膜的水蒸汽透过系数却随着壳聚糖浓度的增大而减小。 复合膜的水蒸汽透过系数受环境相对湿度影响较大。用透氧仪测定了复合膜的氧气 透过系数,涂布壳聚糖可以提高 PVA 膜对 O 阻隔性能。 2 采用 QB/T 2591-2003 标准方法评价了复合膜对 E. coli 和 S. aureus抑菌效果。复
纳米羟基磷灰石的结构设计 摘要 羟基磷灰石与人体硬组织的化学成分和晶体结构极为相似，具有独特的生物活性和生物相容性，是目前生物材料研究的热点。当尺寸在1～100nm时，羟基磷灰石(HAP)纳米粒子有独特的生物学特性。此外羟基磷灰石粉体在吸附、催化、荧光、半导体、抗癌等领域也有广泛应用。 关键词：纳米材料羟基磷灰石结构设计抗癌 NANO HYDROXY APATITE STRUCTURE DESIGN ABSTRACT Hydroxyapatite is the main inorganic components of bone tissues，has good biocompatibility and biological activity，which is the research hotspot of biologicalmaterials．HAP particles have unique biological properties when their size maintained in nano scale.In addition，HAP also has wide application in adsorption，catalysis，fluorescence，semiconductor,cancer areas． KEYWORDS：nanometer materials hydroxyapatite physical design anticancer
1.1 纳米羟基磷灰石的特点 nHA是一种粒径较一般细胞粒径小，粒径为1～100 nm的超微粒子。当物质小到纳米级后，会具有表面效应、量子尺寸效应、小尺寸效应和宏观量子隧道效应等特点。这些特性导致其特有的热、磁、光敏感特性和表面稳定性，容易通过外场(电、磁、光)实现对其性能的控制，有利于实现靶向输送、控制释放、保护和稳定被输送物质。同时还具有不易被机体网状内皮细胞清除、有效避免脾滤过效应、通过增加渗透和滞留效应增强靶组织累积等优势。 人体骨中无机结构的基本单元式针状和柱状的磷灰石晶体，呈高度有序的排列，其结晶学C轴平行于胶原纤维方向定向生长，这种结构是一种理想的等强度优化结构，具有优良的生物力学性能。人工合成的羟基磷灰石是一种优良的硬组织替代材料，具有良好的生物亲和性，生物相容性，生物活性和骨传导作用。依据“纳米效应”理论，纳米级的羟基磷灰石其粒子活性更高，更有利于骨组织的整合，骨传导性能，溶解性能和力学性能提高。 1.2 纳米磷灰石的基本特性 1.2.1 HAP粒子的晶体结构 羟基磷灰石的理论组成为Ca10(P04)6(OH)2，为六方晶系，属于L6PC对称型和P63/m空间群，其结构为六角柱体，晶胞参数为a0=b0=0.943～0.938nm，C0=0.688～0.686nm，z=2, α=β=900，γ=1200。晶胞含有l0个Ca2+、6个PO43-，和2个OH-，结构中Ca2+离子分别位于配位数为9的Ca(Ⅰ)位置和配位数为7的Ca(Ⅱ)位置，结构比较复杂，其在(0001)面上的投影如图1.1。
高分子纳米复合材料的制备 摘要： 纳米材料科学是一门新兴的并正在迅速发展的材料科学。由于纳米材料体系具有许多独特的性质，应用前景广阔，而且涉及到原子物理、凝聚态物理、胶体化学、配位化学、化学反应动力学和表面、界面科学等多种学科，在实际应用和理论上都具有极大的研究价值，所以成为近些年来材料科学领域研究的热点之一，被誉为“21世纪最有前途的材料”［1, 2］。 关键词：高分子纳米复合材料，纳米单元，制备 由于纳米微粒尺寸小、比表面积大，表面原子数、表面能和表面张力随粒径的下降急剧增大，表现出小尺寸效应、表面效应、量子尺寸效应和宏观量子隧道效应等特点，从而使纳米粒子出现了许多不同于常规固体的新奇特性，展示了广阔的应用前景；同时它也为常规的复合材料的研究增添了新的内容，含有纳米单元相的纳米复合材料［5］通常以实际应用为直接目标，是纳米材料工程的重要组成部分，正成为当前纳米材料发展的新动向，其中高分子纳米复合材料［6～10］由于高分子基体具有易加工、耐腐蚀等优异性能，且能抑止纳米单元的氧化和团聚，使体系具有较高的长效稳定性，能充分发挥纳米单元的特异性能，而尤受广大研究人员的重视。 高分子纳米复合材料是由各种纳米单元与有机高分子材料以各种方式复合成型的一种新型复合材料，所采用的纳米单元按成分分可以是金属，也可以是陶瓷、高分子等；按几何条件分可以是球状、片状、柱状纳米粒子，甚至是纳米丝、纳米管、纳米膜等；按相结构分可以是单相，也可以是多相，涉及的范围很广，广义上说多相高分子复合材料，只要其某一组成相至少有一维的尺寸处在纳米尺度范围（1 nm～100 nm）内，就可将其看为高分子纳米复合材料。对通常的纳米粒子/高分子复合材料按其复合的类型大致可分为三种：0-0复合，0-2 复合和0-3复合，纳米粒子在高分子基体中可以均匀分散，也可以非均匀分散；可能有序排布，也可能无序排布，甚至粒子聚集体形成分形结构；复合体系的主要几何参数包括纳米单元的自身几何参数，空间分布参数和体积分数，本文主要涉及后两种类型的高分子纳米复合材料。此外，还有1-3复合型，2-3复合型高分子纳米复合材料，高分子纳米多层膜复合材料，有机高分子介孔固体与异质纳米粒子组装的复合材料等等［1］。 纳米单元与高分子直接共混 此法是将制备好的纳米单元与高分子直接共混，可以是溶液形式、乳液形式，也可以是熔融形式共混。可用于直接共混的纳米单元的制备方法种类繁多［15～18］，通常有两种形式的制备：从小到大的构筑式，即由原子、分子等前体出发制备；从大到小的粉碎式，即由常规块材前体出发制备（一般为了更好控制所制备的纳米单元的微观结构性能，常采用构筑式制备法）。总体上又可分为物理方法、化学方法和物理化学方法三种。 物理方法有物理粉碎法，采用超细磨制备纳米粒子，利用介质和物料间相互研磨和冲击，并附以助磨剂或大功率超声波粉碎，达到微粒的微细化；物理气相沉积法（PVD）：在低压的惰性气体中加热欲蒸发的物质，使之气化，再在惰性气体中冷凝成纳米粒子，加热源可以是电阻加热、高频感应、电子束或激光等，不同的加热方法制备的纳米粒子的量、大小及分布等有差异；还有流动液