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本论文选择具有重要应用前景的钙基无机可降解生物材料为研究对象,发展了不同晶型碳酸钙、硫酸钙及磷酸钙纳米结构材料的液相合成方法,探索了钙基无机可降解生物材料的形成机理、形貌影响因素和调控方法,并研究了典型药物布洛芬在纳米结构碳酸钙多孔空心微球中的装载及释放性能。
球霰石相碳酸钙是热力学介稳相,在水溶液中很难稳定存在。我们在水溶液体系中,以生物友好的氨基酸作为添加剂控制合成了球霰石相碳酸钙,该方法合成的球霰石能在常温水溶液中长时间稳定存在。实验中选用的三种(酸性、中性及碱性)氨基酸都能促进球霰石相碳酸钙的形成,但在对碳酸钙物相控制的效果上存在一定差别,使用酸性氨基酸最易获得纯相球霰石。调整溶液中酸性及中性氨基酸与反应物的相对浓度,可以获得纯相球霰石产物,使用碱性氨基酸则不能获得纯相的球霰石。
微波辅助加热条件下在EG/AOT体系中制备了球霰石,该球霰石经过乙醇稳定作用后与水接触不会发生相转变。AOT在反应过程中对球霰石的形成有促进作用,而乙醇洗涤对稳定球霰石相也起到重要作用,但形成球霰石最关键的条件还是微波作用下的晶体成核。
通过EG体系中的溶剂热过程制备出另一种热力学介稳相文石相碳酸钙,高温高压及有机溶液环境有利于文石相的形成。在该反应中,表面活性剂对于产物的尺寸有一定影响,使用阴离子表面活性剂SDS能得到颗粒尺寸较小的产物。反应物对产物的物相和形貌有较大影响。在DDA作用下,钙源为CaCl2时生成的是文石,而钙源为Ca(CH3COO)2时,得到的是方解石与球霰石混合相。在SDS作用下,碳酸根源为NaHCO3时,得到含有少量方解石杂相的文石颗粒,而使用碳酸二甲酯为碳酸根源时,得到的则是尺寸为几百纳米的海绵状单相文石颗粒。
在SDS控制的水溶液体系中利用钙离子与碳酸根离子的简单沉淀反应制备了纳米结构碳酸钙多孔空心微球。利用碳酸钙多孔空心微球为载体,成功制备了布洛芬/碳酸钙药物输运系统,其药物装载量可达195 mg/g。在模拟胃液与模拟体液中进行了碳酸钙药物输运体系的药物缓释性能研究,药物装载量在很大程度上受装载溶液药物浓度的影响,较高药物浓度下药物装载量较大,实验结果表明,布洛芬/碳酸钙药物输运系统具有良好的药物缓释性能。
微波辅助在CDS/有机溶液体系中,快速获得了单一物相、均一尺寸的半水硫酸钙纳米线,在微波的高能量作用下,有机溶剂EG与DMF对于反应没有明显影响。油浴加热时,反应温度对产物形成时间、形貌及物相都有很大影响:随着反应温度的升高,产物生成所需时间急剧变短,所得一维纳米结构的长度变短、直径变粗,物相由单相半水硫酸钙逐渐转变为无水硫酸钙。油浴加热及溶剂热反应时,有机溶剂对产物形貌有很大影响:EG体系下有利于生成一维产物,而DMF溶液中有利于生成小颗粒的定向聚集体。油浴加热时,不同有机溶剂中反应产生的产物物相不同。而在溶剂热反应中,不同反应溶剂对于产物物相没有明显影响,在EG与DMF中160℃都能获得单相的半水硫酸钙产物。
在水与乙二醇混合溶液中,用CTAB、P123以及十二胺作为添加剂进行了磷酸钙的控制合成。反应温度为60℃、反应前pH值为9时,无论哪种加热方法,所获得的产物都是羟基磷灰石,但结晶性不好。混合溶液中乙二醇所占比重升高,产物结晶性变差,在纯乙二醇溶液中甚至无法获得磷酸钙沉淀。在P123作为添加剂时,160℃溶剂热条件下,所获产物都是磷酸二钙(CaHPO4),水与乙二醇的比例不影响产物物相,但对产物的形貌有很大影响。在十二胺作为反应体系添加剂时,160℃溶剂热条件下,制得的产物均为磷酸二钙,这与使用P123时的情形相同,但产物形貌与使用P123时有很大差别。在十二胺作为添加剂时,微波加热条件下能获得羟基磷灰石产物,物相对于反应温度不敏感,但是延长反应时间,物相会由羟基磷灰石转变为磷酸二钙。