Mg2+/Ce3+共掺羟基磷灰石的制备及性能研究

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随着医疗科技的进步,越来越多的绿色生物材料被用于临床试验,产生众多具有良好发展前景的生物医用材料。羟基磷灰石(Hydroxyapatite,简称HAp)是目前研究较热的材料之一,由于其促骨生长的能力,常被用作髋关节、膝关节等种植体的替代品,还可作为化疗和抗生素药物的载体等。镁(Mg)作为生物体的一种必需微量元素,能够促进骨细胞的生长,对骨骼的矿化和机械性能等产生一系列重要的作用;铈(Ce)是一种具有防龋潜力的稀土元素。本研究利用化学沉淀法制备离子掺杂改性的HAp材料,主要研究了镁离子、铈离子掺杂对HAp结构及生物性能的影响,采用X射线衍射分析(XRD)、傅立叶红外分析(FT-IR)、X光电子能谱分析(XPS)、透射电子显微镜分析(TEM)、比表面积(BET)等测试分析方法对改性HAp进行表征,并进行牛血清蛋白(BSA)吸附试验及抑菌试验,对改性HAp的吸附性能和抑菌性能进行评价。得到如下结论:(1)采用化学沉淀法制备不同Ce3+掺量的羟基磷灰石(Ce-HAp)材料,研究了Ce3+掺量对HAp结构的影响,结果表明,Ce3+掺量在0-10 mol%范围内,Ce3+能够替换HAp中Ca2+位。随着Ce3+掺量的增加,样品尺寸减小、结晶度降低,易产生团聚;Ce3+掺杂不影响羟基磷灰石的基本孔结构。(2)采用化学沉淀法制备镁铈共掺羟基磷灰石(Mg/Ce-HAp)材料,在Mg2+掺量一定的情况下,掺杂不同剂量的Ce3+,研究Mg2+的加入对铈掺杂基体结构的影响,结果表明主衍射峰的强度逐渐减弱,峰宽增大,Mg2+能够部分掺入HAp晶格中,降低样品尺寸,增大材料的比表面积。研究了煅烧温度对Mg/Ce-HAp材料结构的影响,表明随煅烧温度的升高,样品结晶度提高,煅烧温度达到800℃时,晶粒发生分解粘结。(3)通过生物试验,分别研究了不同pH条件下Ce-HAp、Mg/Ce-HAp材料的BSA吸附性能以及煅烧温度对Mg/Ce-HAp材料吸附能力的影响,结果表明Ce3+掺量为0-10 mol%范围内,随着掺量的增加,Ce-HAp的吸附能力逐渐提高;在Mg2+掺量一定的情况下,随着Ce3+掺量的增加材料吸附能力先增加后下降,Ce3+掺量为8 mol%时吸附性最佳。同一种材料在pH值为4.5的溶液中的吸附量高于在pH值为6.7溶液中的吸附量;随煅烧温度的提高,Mg/Ce-HAp材料吸附值呈先增大后减小趋势,500℃煅烧后吸附性能最佳。抑菌试验结果表明抑菌率随着Ce3+掺量的增加而增大,Ce3+掺量为10mol%时,抑菌率达到96.53%;Mg2+的掺杂能够促进Ce3+/4+的抑菌性;600℃煅烧后抑菌性最佳,抑菌率达99.93%。
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