羟基磷灰石纳米颗粒聚集调控研究

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羟基磷灰石(HAP)纳米颗粒由于其良好的生物相容性、可降解性和纳米特性,在生物医用领域得到了广泛应用。然而,纳米颗粒由于极易团聚使其难以保留纳米特性,通过调控其聚集有望最大程度地保留其纳米特性。此外,研究纳米HAP的聚集行为并寻求可控的有序聚集方法一直是仿生矿化的重点。因此,对HAP纳米颗粒聚集的调控研究具有重要意义。本论文基于超声分散技术并结合聚丙烯酸(PAA)的稳定效应实现了对棒状HAP纳米颗粒在水相中的有序聚集调控。研究结果表明,PAA的加入会抑制羟基磷灰石纳米棒的团聚,使其有规则的形成纳米梭形聚集体,并以纳米梭形聚集体的形式分散在水中。随着PAA相对含量的增加,纳米梭形聚集体表现出更小的直径和更高的长径比。基于此调控技术,能够制备出具有较高质量浓度(~60g/L)的纳米HAP悬浮液,其中,HAP纳米颗粒以纳米梭形聚集体的形态存在,具有较好的尺寸均匀性,其尺寸与浓缩前基本一致;并表现出良好的时间与生理环境下的稳定性和细胞相容性。此外,采用高纳米HAP质量浓度的悬浮液静电纺丝可制备出高纳米HAP含量的(~76.9%)的聚乙烯醇(PVA)复合纤维膜。通过有序聚集调控,有效避免了纳米HAP在复合膜中的过度团聚,使纳米HAP以纳米梭形聚集体的形式均匀的分布在PVA纤维中。采用核-壳结构模型,基于扩展的Derjaguin-Landau-Verwey-Overbeek理论(范德华吸引力、空间位阻排斥力和双电层排斥力),对HAP纳米棒的梭形聚集行为进行了机理探讨。结果表明,HAP纳米棒在范德华吸引力的作用下进行聚集,且由于其形状因素的影响而形成类似梭形的纳米结构聚集体。PAA通过吸附在HAP纳米棒的侧表面产生排斥力(主要为空间位阻排斥力),抑制HAP纳米棒的径向聚集,使梭形聚集体形状更加规则,直径减小。这种聚集效应可为纳米梭形聚集体(看作一个颗粒)提供足够的空间位阻斥力,阻止了聚集体的二次团聚。
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