磷酸钙复合材料的制备及其性能

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磷酸钙材料(Ca Ps)具有优异的生物相容性、骨传导性和与天然骨无机成分的相似性,而受到极大关注,它们大多数被广泛应用于生物医学材料,包括骨填充物、骨组织工程支架、生物活性涂层和复合材料。同时Ca Ps也是药物/蛋白质/基因传递的潜在载体,可用于细胞靶向、荧光标记、成像和诊断材料以及作为模型化合物模拟生物矿化过程。但是Ca Ps具有易聚集、机械性能差等缺点,限制了其进一步的应用。研究表明,通过将Ca Ps与各种无机/有机材料复合可弥补这些缺陷。本文分别将Ca Ps通过乳液-共沉淀法与液体石蜡(LP)复合制备了一种具有球形结构、表面晶体均匀分散的复合材料;进一步通过乳液-模板-共沉淀法与液体石蜡、聚乙二醇(PEG)复合制备了一种具有特殊结构且Ca Ps晶体分散良好的复合材料;通过与羟丙基纤维素(HPC)、海藻酸钠(SA)复合制备了同时具有温度和p H敏感性的海绵材料。借助傅里叶红外光谱(FT-IR)、热重分析(TG)、扫描电子显微镜镜(SEM)和X射线衍射(XRD)等手段分别对上述几种产物的结构、形貌及元素分布等进行了表征和分析,并且考察了制备复合材料的最佳方案。此外,还探究了所制备材料对物质的负载与释放、对温度和p H响应性等性能。本论文主要包括以下几个部分:1,介绍了Ca Ps材料的特点,在人体中的作用,以及目前在不同领域中的应用情况;根据Ca/P比的不同,分别阐述了不同类型Ca Ps的结构和性质;对Ca Ps不同合成方法的优缺点进行了归纳总结;以羟基磷灰石(HA)为例简单总结了Ca Ps与不同类型无机/有机材料复合产物的制备及性能。将Ca Ps与不同材料复合后,可改善其分散性差、机械性能差等缺点,从而赋予其广阔的应用前景。2,以液体石蜡为原料,采用乳液-共沉淀相结合的方法,选取Ca Ps中最为重要的HA为研究对象。首先制备液体石蜡微乳液,通过乳液提供微液滴,随后,通过原位沉淀法将HA晶体沉积在液体石蜡微液滴表面,从而制备HA复合石蜡材料(HA/LP)。采用IR、TG、XRD和SEM等方法对复合材料的结构组成与微观形貌进行了表征分析,发现HA/LP具有规则的球形结构,生成的HA晶体均匀的分布于表面,有效改善了HA易聚集的缺点。测试了HA/LP对模型分子(罗丹明B,RB)的负载、释放性能,结果表明该复合材料对物质具有一定的缓释性能和p H响应性。3,在前一章基础上,加入合成高分子材料PEG作为助乳化剂和模板剂制备微乳液,并通过沉淀法在PEG模板上形成HA晶体,制备了HA与PEG及石蜡的复合材料(HA/PEG/LP)。采用IR、TG、XRD、SEM及EDS对HA/PEG/LP的组成结构、微观形貌以及元素分布进行了表征分析,发现所制备材料具有规则及规律性的特殊结构,HA晶体均匀的分布于表面。测试了复合材料对RB的负载、释放性,结果表明其对物质具有一定的缓释性能和p H响应性。4,首先,以具有温敏性的羟丙基纤维素(HPC)为骨架材料,通过原位沉淀法将Ca P沉积于HPC高分子链上,制成Ca P@HPC复合材料。随后,将Ca P@HPC复合材料分散液加入到SA溶液中通过冷冻干燥法制备成具有温度和p H双重响应性的复合材料(Ca P/SA/HPC)。采用IR、TG、XRD、SEM及EDS对Ca P/SA/HPC材料的结构组成与微观形貌及元素分布进行了表征分析,发现产物为大量白色薄层互相交联而成的海绵体,在断层内有大量纳米微粒。考察了复合材料的机械性能和对温度及p H的响应性。结果表明:Ca P/SA/HPC材料具有一定的弹性,并对温度及p H具有敏感性。考察了Ca P/SA/HPC材料对盐酸四环素的负载和释放性能,表明所制备的复合材料对物质具有较高的的负载率和释放率,并具有一定的缓释作用及温度、p H敏感性。总之,本论文通过将磷酸钙材料与不同的有机材料相复合,制备了不同形貌和结构的复合材料。用乳液法所制备的复合材料具有规则的形貌,晶体分布均匀,改善了Ca Ps易于聚集的缺点,并且可用作具有缓释和控释性能的物质载体。所制备以Ca P作为填料的复合材料具有形状记忆性能,同时具有温度和p H响应性,有望作为一种智能材料应用于组织工程等生物医学领域。
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