有機小分子調(diào)控磷酸鈣晶體生長研究.pdf

1、設(shè)計合成具有特殊形貌和結(jié)構(gòu)的無機材料，由于其特定的物理化學(xué)性能及生物學(xué)效應(yīng)，而得到廣泛關(guān)注及研究。磷酸鈣作為人體硬組織主要無機成分，具有良好的生物相容性和生物活性，因而廣泛應(yīng)用于骨組織修復(fù)領(lǐng)域。磷酸鈣晶體的形貌、大小及化學(xué)組成等性質(zhì)會顯著影響磷酸鈣材料的物理化學(xué)性能（如:溶解性、熱穩(wěn)定性及機械性能等）及生物學(xué)效應(yīng)（如蛋白吸附性能、細胞行為等）。特別是具有微納米結(jié)構(gòu)的磷酸鈣材料，因其較大的比表面積，能顯著增強材料的蛋白吸附及促進細胞生長。

2、因此，在微納米尺度上調(diào)控磷酸鈣形貌及結(jié)構(gòu)具有重要意義。
　　本文采用仿生合成的方法，創(chuàng)新性的利用結(jié)構(gòu)對稱、所含官能團不同的有機小分子作為形貌控制劑，在水熱條件下實現(xiàn)了對磷酸鈣生長過程的有效調(diào)控，從而成功制備出具有不同表面微納結(jié)構(gòu)的磷酸鈣粉體及涂層。同時，對有機小分子調(diào)控磷酸鈣晶體生長過程進行研究分析。此外，還對不同微納米結(jié)構(gòu)磷酸鈣粉體及涂層的蛋白吸附性能及細胞行為影響進行考察。在此基礎(chǔ)上，我們還考察了低劑量微量元素銅對磷酸鈣生長過

3、程及性能的影響，以期提高骨修復(fù)效率。主要內(nèi)容及結(jié)果歸納如下:
　　首先，在水熱條件下，以尿素為沉淀劑，通過對反應(yīng)溫度、時間、尿素含量等參數(shù)的考察，研究各種參數(shù)條件尿素對磷酸鈣晶體生長的影響，得出制備晶形完整及結(jié)晶度高的羥基磷灰石(HA)晶體的反應(yīng)參數(shù)。150℃下，以尿素小分子為沉淀劑，濃度為0.56 M，反應(yīng)3h，制備出寬度約1μm，長徑比為50～100，且結(jié)晶度高的HA晶須，并對尿素調(diào)控形成HA晶須的機理進行分析推測。
　

4、　接著，在水熱條件下，以尿素為沉淀劑，研究肌醇六磷酸(IP6)、環(huán)己六醇(IS)和環(huán)己烷六羧酸(H6L)這三種分子結(jié)構(gòu)相似，但所含官能團不同的有機小分子對磷酸鈣生長的影響。結(jié)果表明:當IP6濃度大于1.7％時，產(chǎn)物為表面由納米結(jié)構(gòu)組成的空心微球，且隨著IP6濃度上升，微球表面納米結(jié)構(gòu)從片狀向線狀，進而向球粒狀轉(zhuǎn)變;溶液中添加IS后，晶須狀HA發(fā)生軟團聚，聚集成簇;溶液中添加H6L后，隨著H6L濃度增加，晶須狀HA向花瓣狀片狀聚集物轉(zhuǎn)變，

5、進而轉(zhuǎn)變?yōu)椴煌{米結(jié)構(gòu)組成的空心微球。對空心微球形成過程進行透射電鏡(TEM)、X射線衍射(XRD)和紅外(FITR)檢測，證實IP6調(diào)控形成的空心微球與H6L調(diào)控形成空心微球過程相似，均以“無定形納米微球”為模板，鈣磷離子以此模板為基礎(chǔ)發(fā)生自組裝，形成HA晶體，內(nèi)部“無定形納米微球”消失，形成HA空心微球。同時，選擇磷酸鈣粉體進行蛋白吸附實驗表明，磷酸鈣粉體的微納米結(jié)構(gòu)對蛋白質(zhì)具有選擇性吸附，且具有微納米結(jié)構(gòu)的磷酸鈣對蛋白質(zhì)的釋放起到

6、緩釋作用。細胞實驗表明，與片狀HA相比，微球狀HA更有利于骨髓間充質(zhì)干細胞(BMSCs)的增殖、分化。
　　在此基礎(chǔ)上，鑒于微量元素銅在骨組織生長過程中的重要性及促血管發(fā)生、抗菌等功能，在磷酸鈣合成過程中添加銅離子，從而合成新型磷酸鈣功能材料。X射線光電子能譜(XPS)檢測及HA晶格參數(shù)變化表明銅離子取代部分鈣離子進入HA晶格。銅離子的摻入，會加快磷酸鈣粉體的降解，也會影響磷酸鈣的生長習性，生成花瓣狀摻銅HA微球。且當溶液中銅離子

7、加入量高于5％時，HA產(chǎn)物熱穩(wěn)定性下降。當IP6濃度低于1％時，銅離子與IP6對磷酸鈣的生長起到協(xié)同調(diào)控的作用。細菌實驗表明，當溶液中銅離子加入量高于5％時，材料對大腸桿菌和金黃色葡萄球菌具有較好的抗菌作用。細胞實驗表明，摻銅磷酸鈣對細胞沒有明顯的毒性，且對BMSCs的生長沒有顯著影響。
　　然后，在水熱條件下，利用H6L輔助磷酸鈣在支架表面沉積。隨著H6L濃度增加，沉積在HA支架表面磷酸鈣晶體由片狀向線狀，繼而向球狀轉(zhuǎn)變。且沉積

8、磷酸鈣涂層的HA支架較裸支架有明顯的鈣離子釋放，且釋放速率為:球狀＞線狀＞片狀。支架吸附蛋白實驗表明，具有微納結(jié)構(gòu)表面的支架其蛋白吸附性能優(yōu)于裸支架。細胞實驗表明，支架表面微納米結(jié)構(gòu)對細胞ALP活性表達影響不同。細胞在球形磷酸鈣晶體表面的ALP活性最高，線狀及片狀磷酸鈣晶體次之，在裸支架表面最低。
　　綜上所述，有機小分子的加入能有效調(diào)控磷酸鈣的生長，合成具有不同微納米結(jié)構(gòu)的磷酸鈣粉體及涂層;不同微納米結(jié)構(gòu)的磷酸鈣對蛋白質(zhì)具有選擇