聚乙二醇模板法制备纳米羟基磷灰石
羟基磷灰石的制备,实验报告
羟基磷灰石的制备,实验报告实验报告实验名称:纳米羟基磷灰石的制备与表征一、实验目的了解纳米羟基磷灰石的制备及其性质,熟悉其表征方法,了解相关原理和操作流程。
二、实验原理羟基磷灰石,又称羟磷灰石,是钙磷灰石(Ca5(PO4)3(OH))的自然矿物化。
羟基磷灰石(HAP)是脊椎动物骨骼和牙齿的主要组成,人的牙釉质中羟基磷灰石的含量在96%以上。
羟基磷灰石具有优良的生物相容性,并可作为一种骨骼或牙齿的诱导因子,在口腔保健领域中对牙齿具有较好的再矿化、脱敏以及美白作用。
实验证明HAP粒子与牙釉质生物相容性好,亲和性高,其矿化液能够有效形成再矿化沉积,阻止钙离子流失,解决牙釉质脱矿问题,从根本上预防龋齿病。
含有HAP材料的牙膏对唾液蛋白、葡聚糖具有强吸附作用,能减少患者口腔的牙菌斑,促进牙龈炎愈合,对龋病、牙周病有较好的防治作用。
以Ca(N03)2.4H2O NH4H2 PO4 为原料,采用化学沉淀法制备HA,CA/P=1.67三、仪器与试剂材料:Ca(N03)2 4H2O 、NH4H2 PO4 、氨水仪器:磁力搅拌机四、实验步骤(1).称取6.9g 磷酸氢二铵和23.6g 硝酸钙。
(2)溶入250ml的蒸馏水中,硝酸钙用1000ml烧杯,磷酸氢二铵溶入250ml蒸馏水,用氨水分别调节PH值10-11。
(3)将磷酸氢二铵滴加到硝酸钙溶液中,控制滴加速度和搅拌速度,反应过程中检测反应的PH值以便及时做出调整。
(4)溶液滴加完后,继续搅拌加热维持1h,反应结束后陈化8h,薄膜覆盖烧杯口。
(5)蒸馏水清洗至中性,40。
C下干燥,研磨成粉状。
五、数据处理表征红外谱图1图1是HA标准红外光谱图。
HA有两个阴离子基团,P043-四面体阴离子基团和OH-基团。
图中P043-的吸收谱线571、602、963、1050和1089cm-1都出现了,OH-基团的谱线则出现在631、3570 cm-1处,证明所制备的晶体是HA晶体。
纳米羟基磷灰石的常压合成与表征
4
小 结
自然 骨 磷 灰 石 是 细 针 状, 弱 结 晶, 含 CO2 3 、
本实验研制的纳 HPO2 4 等离子的纳米磷灰石晶体,
米磷灰石晶体也具有相同性状。也就是说, 本方法 常压下合成的磷灰石晶体和自然骨磷灰石在组成结
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左
奕等: 纳米羟基磷灰石的常压合成与表征 Mater Sci : Mater
[ 7] Li Yubao. In:Synthesis and characterization of bone-iike minerais: macro-scopic approach and microscopic emuiation. Preparation and characterization of nanograde caicium phosphate needie-iike crystais. Amsterdan: Academic Pers Press, 1994 . 66 [ 8] Osaka A,Miura Y,et ai. 51 [ 9] Li Y,Zhang X,de Groot K. Biomaterials ,1997,18:737 [10]Zhou J,Zhang X, Chen J, et ai. 1993,4:83 [11] Rey C,Giimcher MJ. In:Siavkin H,Price P,ed. Chemistry and bioiogy of mineraiized tissues. North Hoiiand:Eisevier, 1992,5 [12] Neison D G A. Dent Res 1981,60C:1621 [13] Aoki H. Science and medicai appiications of hydroxyapatite. ( JAAS) . Tokyo: TakayaJapan Association of Apatite Science ma Press System Center Co,1991 [14] 马克昌, 冯坤, 朱太泳等主编 . 骨生理学 . 河南: 河南医科 大学出版社, 2000 . 137 Mater Sci Mater Med , Mater Sci :Mater Med , 1991, 2:
羟基磷灰石纳米线基环境功能材料的制备与性能研究
羟基磷灰石纳米线基环境功能材料的制备与性能研究羟基磷灰石纳米线基环境功能材料的制备与性能研究一、引言在当前环境问题日益突出的背景下,开发和研究具有环境功能的材料成为了科学界和工程界的重要研究方向。
羟基磷灰石纳米线作为一种新型纳米材料,具有优异的生物相容性和生物活性,并且有着高比表面积和可调控的形貌结构等特点。
因此,以羟基磷灰石纳米线为基础的环境功能材料的研究与制备是近年来的热点之一。
二、制备方法羟基磷灰石纳米线的制备方法可以通过溶胶-凝胶法、水热法、生物模板法等多种方法进行。
以溶胶-凝胶法为例,首先将适量的钙源和磷酸源溶解在适当的溶剂中,形成溶液。
然后将溶液进行超声处理,以消除其中的气泡。
将所得溶液进行搅拌,使之充分混合,形成明亮透明的溶胶。
接下来,将溶胶进行快速凝胶化处理,形成胶体。
最后,将胶体进行干燥处理,并进行退火处理,即可得到羟基磷灰石纳米线。
三、性能研究1. 生物相容性与生物活性研究表明,羟基磷灰石纳米线具有良好的生物相容性和生物活性。
生物相容性是指材料在生物体内引起的组织反应和对生命体的损害程度。
生物活性是指材料与生物体相互作用时所引起的生化和生物学反应。
羟基磷灰石纳米线可以与人体细胞进行良好的相容性和相互作用,且能够促进骨细胞的增殖和骨组织的再生。
2. 环境吸附功能羟基磷灰石纳米线具有高比表面积和可调控的形貌结构,因此在环境吸附功能方面有很大的潜力。
在环境污染物处理中,通过调控羟基磷灰石纳米线的表面性质和孔隙结构,可以实现对重金属离子、有机物和放射性元素等污染物的高效吸附和去除。
3. 光催化性能羟基磷灰石纳米线还具有良好的光催化性能。
该材料可以通过吸收光能产生电子-空穴对,并借助其表面的羟基和氧化还原活性位点,实现有机物的降解和水的净化等环境应用。
四、应用前景随着环境问题的日益严重,羟基磷灰石纳米线基环境功能材料具有广阔的应用前景。
其在水处理、废水处理、空气净化、土壤修复等领域的应用上有着巨大的潜力。
聚乙二醇模板法制备纳米羟基磷灰石
第23卷 第4期2009年 11月山 东 轻 工 业 学 院 学 报JOURNAL OF SHANDONG I N STIT UTE OF L I GHT I N DUSTRY Vol .23 No .4Nov . 2009收稿日期:2009-04-22基金项目:山东省教育厅基金资助项目(J07Y A01)作者简介:孙夏囡(1983-),女,山东省淄博市人,山东轻工业学院材料科学与工程学院在读硕士,研究方向:纳米功能材料.文章编号:1004-4280(2009)04-0001-03聚乙二醇模板法制备纳米羟基磷灰石孙夏囡,何 文,闫顺璞,周伟家,韩秀秀,田修营,韩姗姗(山东轻工业学院材料科学与工程学院,山东济南250353)摘要:本实验以四水硝酸钙和磷酸氢二铵为原料,并使用非离子表面活性剂聚乙二醇(PEG )作为模板在低温常压下制备了纳米羟基磷灰石粉体。
采用X 射线衍射(XRD )、红外光谱(FTI R )、透射电镜(TE M )和扫描电镜(SE M )对纳米羟基磷灰石粉体进行了分析表征。
结果表明,聚乙二醇具有诱导晶体成核生长和控制晶粒尺寸的作用。
纳米羟基磷灰石粉体在80℃干燥后的粒度在40n m 左右。
关键词:羟基磷灰石;模板法;聚乙二醇中图分类号:T B32 文献标识码:ASynthesis of nano 2hydroxyapatite by usi n g polyethylene glycol as a te mpl ateS UN Xia 2nan,HE W en,Y AN Shun 2pu,ZHOU W ei 2jia,HAN Xiu 2xiu,TIAN Xiu 2ying,HAN Shan 2shan(School of Material Science and Engineering,Shandong I nstitute of L ight I ndustry,J inan 250353,China )Abstract:I n this investigati on,nano 2hydr oxyapatite particles have been synthesized by calcium nitrate and dia mmoniu m hydr ogen phos phate by using polyethylene glycol as a te mp late under cryogenic and ordinary p ressure .The structure and mor phol ogies of resultant sa mp les were characterized by X 2ray diffract ometry (XRD ),Fourier transf or m infrared (FTI R ),trans m issi on electr on m icr oscopy (TE M )and scanning electr on m icr oscopy (SE M ).The results indicated that polyethylene glycol can induce the nucleati on and gr owth of crystal,which will contr ol the size of powders .The size of nano 2hydr oxyapatite particles obtained at 80℃is app r oxi m ately 40n m.Key words:hydr oxyapatite;te mp late;polyethylene glycol0 引言羟基磷灰石(Hydr oxyapatite,简称HA )是目前研究最多的生物陶瓷材料之一,纳米羟基磷灰石既具有纳米材料的特性,又具有羟基磷灰石本身的特性,具有非常重要的现实意义。
羟基磷灰石的制备及应用研究
羟基磷灰石的制备及应用研究羟基磷灰石是一种生物医用材料,具有良好的生物相容性和生物活性。
在牙科、骨科、普外科等领域被广泛应用,特别是在人造骨修复方面发挥着重要作用。
1. 羟基磷灰石的制备方法羟基磷灰石的制备方法有多种,其中包括化学合成、水热法、共沉淀法等。
其中,共沉淀法是目前最为常用的制备方法之一。
共沉淀法是通过将含有Ca2+和PO4^3-的化合物,如CaCl2和Na2HPO4混合在一起,并在水中搅拌,使其形成沉淀。
沉淀经过干燥和高温煅烧,即可得到羟基磷灰石。
通过调节反应条件,如pH值、反应温度和时间等参数,可以得到不同形态和性质的羟基磷灰石。
2. 羟基磷灰石的应用研究羟基磷灰石的应用研究主要集中在生物医用材料领域。
它具有良好的生物相容性和生物活性,可以与组织细胞良好地结合,促进骨组织的生长和再生。
在牙科领域中,羟基磷灰石被广泛应用于牙髓炎和牙根被破坏的治疗中。
在骨科领域中,羟基磷灰石则被用于骨修复和骨再生。
在普外科领域中,羟基磷灰石则被用于人造关节的制作,以及其他重大手术中的骨缺损修复。
不仅如此,羟基磷灰石还可以通过表面修饰、掺杂和复合等方法,来改善其性能和功能,例如提高降解速率、增强力学性能、抗菌、降解药物等。
这些方法均可以扩展羟基磷灰石的应用范围和提高其性能,推动其在生物医用材料领域的进一步发展。
3. 羟基磷灰石的发展前景近年来,随着医疗技术的发展和人们健康意识的提高,生物医用材料的需求量越来越大。
而作为一种重要的生物医用材料,羟基磷灰石将在未来得到进一步的应用和发展。
未来,羟基磷灰石的发展将更加注重材料的智能化、定制化和可持续发展。
通过纳米材料、生物材料等新技术的应用,将实现羟基磷灰石在组织工程、医学影像等领域的广泛应用。
同时,在病理诊断与治疗中更广泛地运用,例如在肿瘤的预防、诊断和治疗中的应用,将会取得更为广泛和重要的应用和发展。
总之,羟基磷灰石是一种生物医用材料,具有广泛的应用前景和发展空间。
羟基磷灰石的制备及表征
羟基磷灰石的制备及表征一、实验目的1。
掌握纳米羟基磷灰石的制备及原理2.了解羟基磷灰石的表征方法及生物相容性二实验原理羟基磷灰石(hydrrosyapatite,HAP)分子式为Ca10(PO4)6(OH)2是自然骨无机质的主要成分,具有良好的生物相容性和生物活性,可以引导骨的生长,并与骨组织形成牢固的骨性结合。
HAP是生物活性陶瓷的代表性材料,生物活性材料是指能够在材料和组织界面上诱导生物或化学反应,使材料与组织之间形成较强的化学键,达到组织修复的目的。
HAP在组成上与人体骨的相似性,使HAP与人体硬组织以及皮肤、肌肉组织等都有良好的生物相容性,植入体内不仅安全、无毒,还能引导骨生长,即新骨可以从HAP植入体与原骨结合处沿着植入的体表面或内部贯通性空隙攀附生长,材料植入体内后能与骨组织形成良好的化学键结合。
HAP主要的生物学应用作骨组织代替材料,磷酸钙类生物陶瓷材料在临床应用中遇到的最大困难之一是材料强度差,尤其是韧性低,且机械可加工性差,导致其在临床应用中受到了极大的限制。
为了改善HAP陶瓷的脆性和强度问题,一般会在其中添加ZrO2和碳纤维或是Al2O3和玻璃等物质进行增韧。
纳米级羟基磷灰石的制备方法很多,主要分为固相法和液相法两大类。
固相法合成在一定条件下(高温、研磨)让磷酸盐与钙盐充分混合发生固相反应,合成HAP粉末。
液相法合成是在水液中,一磷酸盐和钙盐为原料,在一定条件下发生化学反应,生成溶解度较小的HAP晶粒,包括化学沉淀法。
水热合成法、溶胶-凝胶法、自然烧法、微乳液法、微波法等。
化学沉淀法因具有实验条件要求不高、反应容易控制,适合制备纳米材料等优点从而得到广泛应用。
沉淀法通常是在溶液状态下将不同化学成分的物质混合,在混合溶液中加入适量的沉淀剂得到纳米材料的前驱沉淀物,再将此沉淀物结晶进行干燥或煅烧制得相应的纳米材料。
金属离子在沉淀过程是不平衡的,需要控制溶液中的沉淀剂的浓度,使沉淀过程缓慢发生,才会使溶液中的沉淀处于平衡状态,使沉淀能均匀的出现在整个溶液中。
聚乙二醇模板法制备纳米羟基磷灰石
Absr c :n t i n e tg to n n — y o y paiepa tce a e b e y t e ie yc li m irt n t a t I h si v sia in, a o h drx a tt ril sh v e n s n h sz d b a cu n tae a d
g o h o r sa , ih wilc n r lt e sz fp wd r . he sz fn n - y r x a a i a tce b an d r wt fc y t l wh c l o to h ie o o e s T ie o a o h d o y p t e p ril so ti e t a 0 c i p r x ma ey 4 m. t8 【 s a p o i tl 0n = Ke r s: y o y paie;e lt poy t y e lc l y wo d h drx a tt tmp ae; l eh lne gy o
第2 3卷 第 4期
2 9 00
山
东
轻
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学
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学
报
V0I23 No. . 4 NO . V 2 9 00
1 1月
J U N OF S N ON I S I U E O L G T N U T Y O R AL HA D G N T T T F I H I D S R
( R , o r rt nfr n ae ( T R) t nmi in e c o irso y ( E X D) F ui r s m if rd F I ,r s s o l t n m cocp T M) ad sann e a o r a s er n cn ig e c o cocp S M) T ersl dctdta plehln l o cnid c en c a o n l t nmi soy( E . h eut i i e t o ty egy l a u et u l t na d er r sn a h y e c n h ei
模板法制备羟基磷灰石纳米结构微球及其机制探讨
01 摘要
03 文献综述
目录
02 引言 04 研究方法
目录
05 结果与讨论
07 参考内容
06 结论
摘要
本次演示旨在探讨模板法制备羟基磷灰石纳米结构微球的机制。本次演示通过 文献综述和实验研究,分析了模板法制备羟基磷灰石纳米结构微球的制备方法 和机制,并探讨了其影响因素。本次演示还比较了不同制备方法的优缺点,并 指出了未来研究的方向。
引言
羟基磷灰石因其具有良好的生物相容性和骨诱导性,在生物医学领域备受。海 藻酸盐基复合微球则因其独特的理化性质和生物活性,在药物载体、组织工程 等领域具有广泛的应用前景。如何制备具有优良性能的羟基磷灰石及其海藻酸 盐基复合微球,是当前研究的重要问题。模板法作为一种有效的制备方法,可 以为制备长程有序层状羟基磷灰石及其海藻酸盐基复合微球提供新的途径。
模板法是制备HANSMs的一种重要方法,但关于其制备机制和影响因素的研究 尚不充分。因此,本次演示旨在探讨模板法制备HANSMs的机制,分析其影响 因素,以期为HANSMs的制备和应用提供理论指导。
文献综述
模板法制备HANSMs的研究已有不少报道。根据前人研究,模板法制备HANSMs 主要包括硬模板法和软模板法两大类。硬模板法是通过刻蚀、打孔等技术制备 模板,然后引入磷灰石前驱体,最终经热处理得到HANSMs。软模板法则是在 磷灰石前驱体中加入表面活性剂或高分子聚合物,通过自组装得到HANSMs。 尽管模板法制备HANSMs具有较高的成功率,但仍存在一定的争议和不足。
影响反相微乳液法制备nHA的因素有很多,其中最重要的是前驱体溶液的浓度 和微乳液的稳定性。前驱体溶液的浓度决定了生成的nHA的结晶度和形貌。微 乳液的稳定性直接影响到制备的nHA的粒径和分散性。此外,反应温度、搅拌 速度和反应时间等参数也会对制备的nHA的性能产生影响。
羟基磷灰石纳米材料的制备及其在生物医学中的应用
羟基磷灰石纳米材料的制备及其在生物医学中的应用羟基磷灰石是一种常用的生物材料,由于其良好的生物相容性和生物活性而被广泛应用于医学领域。
近年来,随着纳米技术的发展,羟基磷灰石纳米材料的制备和应用也得到了越来越多的关注。
一、羟基磷灰石纳米材料的制备方法在制备羟基磷灰石纳米材料时,常采用的方法有溶胶-凝胶法、共沉淀法、水热法等。
溶胶-凝胶法是一种常用的制备方法。
首先,将合适比例的三乙酸钾和tripropylphosphate混合,并加入适量的去离子水。
随后,在搅拌情况下加入氢氧化铵并加热,反应后生成了羟基磷灰石纳米材料,通过分离、干燥等步骤后,最终得到了羟基磷灰石纳米材料。
共沉淀法是另一种常用的制备方法。
首先,根据所需比例,将适量的钙盐和磷酸盐混合,并加入氢氧化铵。
随后,在搅拌情况下加热,使溶液中的反应物反应生成羟基磷灰石纳米材料。
经过分离、洗涤、干燥等步骤,最终得到羟基磷灰石纳米材料。
水热法是一种比较简单的制备方法。
将适量的磷酸盐和钙盐混合并加入去离子水中,搅拌后,在高压条件下加热,反应生成羟基磷灰石纳米材料。
经过分离、洗涤、干燥等步骤,最终得到羟基磷灰石纳米材料。
二、羟基磷灰石纳米材料在生物医学中的应用1.修复骨组织由于羟基磷灰石具有生物相容性和生物活性,因此被广泛用于修复骨组织。
羟基磷灰石纳米材料由于其更小的粒径和更高的比表面积,在骨组织修复方面表现出更好的效果。
羟基磷灰石纳米材料可以提高骨细胞的生长速度和骨细胞的代谢活力,促进骨细胞的增殖和分化,有利于骨细胞的再生和修复。
2.治疗骨质疏松羟基磷灰石纳米材料还可以用于治疗骨质疏松。
在动物实验中,用羟基磷灰石纳米材料注射到小鼠体内,可以明显增加骨密度和强度。
3.制备生物降解材料羟基磷灰石纳米材料可应用于制备生物降解材料,如制备骨修复膜等。
羟基磷灰石纳米材料在生物修复膜中可以提高骨细胞的生长和骨组织的附着,促进骨组织的再生和修复。
4.制备生物传感器羟基磷灰石纳米材料还可以用于制备生物传感器,如pH传感器等。
羟基磷灰石材料的制备及其生物应用
羟基磷灰石材料的制备及其生物应用羟基磷灰石(hydroxyapatite)是一种天然矿物质,其化学式为Ca10(PO4)6(OH)2。
它是骨组织的主要成分,具有优良的生物相容性、生物活性和生物重构性,因此广泛应用于生物医学领域。
本文将介绍羟基磷灰石材料的制备及其生物应用。
一、羟基磷灰石材料的制备1. 生物法制备羟基磷灰石生物法制备羟基磷灰石的方法是在一定条件下,利用微生物或生物高分子来控制羟基磷灰石的形态和尺寸。
这种制备方法具有简单、绿色环保、组织相容性好等优点。
2. 溶液法制备羟基磷灰石溶液法制备羟基磷灰石的方法是将磷酸钙和氢氧化钙混合到一定比例的水溶液中,通过加热、分散、沉淀等步骤制备出羟基磷灰石。
这种制备方法的优点在于简单易行,但缺点是易出现掺杂物。
3. 离子交换法制备羟基磷灰石离子交换法制备羟基磷灰石的方法是利用化学反应在羟基磷灰石表面产生离子交换反应,从而获得一定形态和尺寸的羟基磷灰石颗粒。
这种制备方法的优点是高度可控,但需较厚的膜以保证细胞生长。
二、羟基磷灰石材料的生物应用1. 骨组织再生由于羟基磷灰石具有与人体骨组织相似的成分和组织结构,因此在骨组织再生领域得到广泛应用。
羟基磷灰石可用作骨缺损修复、骨植入物和骨填充材料,可促进骨细胞增殖、骨基质生成和骨愈合。
2. 纳米药物载体羟基磷灰石作为一种具有生物相容性的无机物材料,其表面具有一定的亲水性和负电性。
因此,它可以作为药物的载体,促进药物的吸附和释放,提高药物的生物利用度和稳定性。
3. 细胞培养基质羟基磷灰石材料的生物相容性与人体骨组织相似,使其成为一种理想的细胞培养基质。
研究人员可以利用羟基磷灰石材料制备不同形态和尺寸的细胞培养材料,为细胞培养提供生物支架和环境。
总之,羟基磷灰石材料的制备及其生物应用具有重要的意义。
未来,随着医学技术的不断发展,羟基磷灰石材料在生物医学领域的应用将会越来越广泛。
合成纳米羟基磷灰石方法
合成纳米羟基磷灰石方法
合成纳米羟基磷灰石的方法主要有以下几个步骤:
1. 制备前驱体:通过混合磷酸盐和钙盐溶液,在适当的pH值和温度下反应得到前驱体。
其中,磷酸盐可以是磷酸二氢钾、三钠磷酸十二水合物等;钙盐可以是氢氧化钙、氯化钙、硝酸钙等。
2. 转化为羟基磷灰石:将前驱体在高温下(约600℃)进行煅烧或水热处理,使其形成羟基磷灰石,也就是纳米粒子的形态。
3. 表征:使用X射线衍射、透射电镜、扫描电镜等技术对合成的纳米羟基磷灰石进行表征,确定其物理化学性质。
在实际的制备过程中,还需要考虑反应条件、前驱体比例、煅烧时间和温度等因素对合成纳米羟基磷灰石性质的影响,以达到所需的制备效果。
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第23卷 第4期2009年 11月山 东 轻 工 业 学 院 学 报JOURNAL OF SHANDONG I N STIT UTE OF L I GHT I N DUSTRY Vol .23 No .4Nov . 2009收稿日期:2009-04-22基金项目:山东省教育厅基金资助项目(J07Y A01)作者简介:孙夏囡(1983-),女,山东省淄博市人,山东轻工业学院材料科学与工程学院在读硕士,研究方向:纳米功能材料.文章编号:1004-4280(2009)04-0001-03聚乙二醇模板法制备纳米羟基磷灰石孙夏囡,何 文,闫顺璞,周伟家,韩秀秀,田修营,韩姗姗(山东轻工业学院材料科学与工程学院,山东济南250353)摘要:本实验以四水硝酸钙和磷酸氢二铵为原料,并使用非离子表面活性剂聚乙二醇(PEG )作为模板在低温常压下制备了纳米羟基磷灰石粉体。
采用X 射线衍射(XRD )、红外光谱(FTI R )、透射电镜(TE M )和扫描电镜(SE M )对纳米羟基磷灰石粉体进行了分析表征。
结果表明,聚乙二醇具有诱导晶体成核生长和控制晶粒尺寸的作用。
纳米羟基磷灰石粉体在80℃干燥后的粒度在40n m 左右。
关键词:羟基磷灰石;模板法;聚乙二醇中图分类号:T B32 文献标识码:ASynthesis of nano 2hydroxyapatite by usi n g polyethylene glycol as a te mpl ateS UN Xia 2nan,HE W en,Y AN Shun 2pu,ZHOU W ei 2jia,HAN Xiu 2xiu,TIAN Xiu 2ying,HAN Shan 2shan(School of Material Science and Engineering,Shandong I nstitute of L ight I ndustry,J inan 250353,China )Abstract:I n this investigati on,nano 2hydr oxyapatite particles have been synthesized by calcium nitrate and dia mmoniu m hydr ogen phos phate by using polyethylene glycol as a te mp late under cryogenic and ordinary p ressure .The structure and mor phol ogies of resultant sa mp les were characterized by X 2ray diffract ometry (XRD ),Fourier transf or m infrared (FTI R ),trans m issi on electr on m icr oscopy (TE M )and scanning electr on m icr oscopy (SE M ).The results indicated that polyethylene glycol can induce the nucleati on and gr owth of crystal,which will contr ol the size of powders .The size of nano 2hydr oxyapatite particles obtained at 80℃is app r oxi m ately 40n m.Key words:hydr oxyapatite;te mp late;polyethylene glycol0 引言羟基磷灰石(Hydr oxyapatite,简称HA )是目前研究最多的生物陶瓷材料之一,纳米羟基磷灰石既具有纳米材料的特性,又具有羟基磷灰石本身的特性,具有非常重要的现实意义。
羟基磷灰石是动物骨骼的主要无机成分,其晶体化学式为Ca 10(P O 4)6(OH )2[1]。
羟基磷灰石生物陶瓷具有良好的生物相容性、生物活性、化学稳定性和优异的离子交换性,植入体内安全无毒,能与骨形成紧密的结合[2]。
羟基磷灰石作为催化剂、吸附剂被广泛应用于医疗、化工、环保、传感器、新型复合材料研制等诸多领域[3]。
模板法是近年来出现的制备纳米羟基磷灰石比较新颖的方法,这种方法通过加入一定的模板剂,有效地控制合成产物的晶体形貌、尺寸分布和表面状态。
表面活性剂可以作为分子自组装的模板是因为它具有特殊的结构,其分子极性头与无机物种之间的非共价键相互交联,使无机物种在模板上堆砌、缩合,形成连续相后去除模板,用以制备具有不同结构的新材料[4]。
不同类型的表面活性剂分子具有不同的结构和电荷,导致其与反应物或产物的相互作 山 东 轻 工 业 学 院 学 报第23卷用不同,而且体系中的各种因素如反应温度、反应时间、pH值、水和表面活性剂的含量等发生变化时也会影响表面活性剂分子在体系中的形态、结构和组成,这样必然会使得最终产物的形态和结构有所不同。
羟基磷灰石的应用都是由其独特的晶体结构决定的,因此用非离子表面活性剂作为模板来制备纳米羟基磷灰石具有极其重要的意义。
聚乙二醇(PEG)是一种水溶性的非离子表面活性剂,溶于水时不发生离解,具有较高的稳定性、润湿性、相容性和低毒等特点,不易受到酸、碱及强电解质的影响,在各种溶剂中的溶解性好,是一种能够改善羟基磷灰石表面性能的有机物[5]。
本研究的目标就是通过非离子表面活性剂聚乙二醇采用模板法制备出纳米羟基磷灰石,并通过晶体结构、化学组成、颗粒形貌来表征纳米结构材料。
1 实验1.1 试剂及仪器实验药品:Ca(NO3)2・4H2O(分析纯,天津市博迪化工有限公司),(NH4)2HP O4(分析纯,天津市百世化工有限公司),氨水(分析纯,莱阳康德化工有限公司),聚乙二醇2000(分析纯,中国医药集团上海化学试剂公司)。
实验仪器:恒温磁力搅拌器(金坛市富华仪器有限公司),高速离心机LG10-2.4A(北京京立离心机有限公司),鼓风恒温干燥箱101A-2型(上海实验仪器厂有限公司),X’Pert Pr o X射线衍射仪(荷兰帕纳科公司),Nexus470型傅立叶变换红外光谱仪(美国N I COLET公司),TE M-2000型透射电镜(日本理学公司),JE M-2000型扫描电子电镜(日本日立公司)。
1.2 方法在室温下,将4.77g的Ca(NO3)2・4H2O加入预先溶解好的40mL聚乙二醇水溶液(4wt%)中,用磁力搅拌器在一定的速度下搅拌30m in;接着在同样的搅拌条件下,逐滴加入预先配制好的0.8mol/L(NH4)2HP O4溶液15mL,同时在滴加过程中用氨水调节pH值在10,滴加完成后继续搅拌30m in并陈化24h。
将得到的产物水洗两次,醇洗一次,最后在80℃下干燥并于700℃煅烧1h。
反应方程式如下所示:10Ca(NO3)2+6(NH4)2HP O4+8NH3+2H2O Ca10(P O4)6(OH)2+20NH4NO32 结果与讨论2.1 样品的XRD分析图1 纳米羟基磷灰石粉体的XRD图谱注:(a)80℃干燥样品的XRD图谱;(b)700℃煅烧样品的广角XRD图1显示的是纳米羟基磷灰石粉体在80℃完全干燥和700℃煅烧1h后的XRD图谱。
从(a)和(b)图中可以看到,出现了很多明显的晶体衍射峰,这些与羟基磷灰石的标准JCP DS09-432#卡片上的特征衍射峰是对应一致的,其中2θ在26°和32°分别对应(002)和(211)晶面。
在衍射峰的底部出现了由于纳米尺寸效应而导致XRD衍射峰的弥散和宽化现象[6],通过谢乐公式[7]计算可知所制备的样品为纳米羟基磷灰石粉体。
根据样品在700℃煅烧1h后的XRD图谱可以看出,衍射峰的强度变强,宽度变窄,说明晶粒长大,结晶度升高。
80℃完全干燥可以得到较弱结晶的羟基磷灰石,这与人体骨骼的结晶状况更加接近。
2.2 样品的FTI R分析图2 纳米羟基磷灰石的FTI R图谱注:(a)80℃干燥;(b)700℃煅烧图2是纳米羟基磷灰石粉体在80℃下完全干燥和700℃煅烧1h后的FTI R图。
从图中可以很明显地看到典型的羟基磷灰石的特征峰。
其中,磷酸根(P O43-)的吸收峰分别出现在波数为566,602, 961和1032~1042c m-1处[8],羟基(-OH)的伸缩振动峰出现在3571c m-1处,3440c m-1和1637c m-1处的峰对应于晶体中的结合水[9],这些都表明产物2第4期孙夏囡,等:聚乙二醇模板法制备纳米羟基磷灰石为一定结晶的羟基磷灰石。
而在1420c m -1左右的轻微吸收峰来源于CO 32-,说明产物由于吸收空气中的CO 2而引起了CO 32-振动峰。
在整个羟基磷灰石的形成过程中,表面活性剂聚乙二醇作为模板剂,降低了水的表面张力,对羟基磷灰石的结晶过程起到了“生长引导剂”的作用[10]。
700℃煅烧1h 后的(b )图中CO 32-的吸收峰明显减弱。
2.3 样品的TE M 分析样品都经过研磨,乙醇中超声分散预处理后进行TE M 分析。
图3是利用透射电子显微镜对加入模板80℃干燥后和700℃热处理后的纳米羟基磷灰石形貌进行了表征。
我们可以看到,(a )图通过80℃干燥,样品是具有一定分散性的椭圆形颗粒,粒度在40nm 左右且边界清晰;(b )图通过700℃热处理1h,纳米羟基磷灰石晶体的形状转变成不规则块状,由热处理前粒子间相互连接的软团聚变成了靠化学键连接的硬团聚,这可能归因于在热处理条件下,纳米羟基磷灰石晶粒不断长大而加剧了颗粒的进一步团聚。
图中的大颗粒就是由许多纳米粒子成核生长并堆积而成的。
图3 纳米羟基磷灰石的TE M 照片注:(a )80℃干燥;(b )700℃煅烧2.4 样品的SE M 分析经过700℃热处理的羟基磷灰石颗粒团聚严重,所以我们通过SE M 观察采用80℃干燥的纳米羟基磷灰石粉体。
图4展示的是在本实验中羟基磷灰石的SE M 形貌图,从图中同样可以看到样品是一些大小不一的纳米团聚体,从表面看它们都是由小粒子堆积而成,有一定粗糙度和分散性,堆积后的颗粒直径在几百纳米左右。
图4 纳米羟基磷灰石80℃干燥的SE M 照片3 结论在以非离子表面活性剂聚乙二醇作为模板剂,磷酸氢二铵为磷源,四水硝酸钙为钙源的体系中得到了颗粒尺寸均匀、具有一定分散性的纯纳米羟基磷灰石晶体。
由于所制备的晶粒尺寸较小,结晶度适宜,更有利于进一步开发成为绿色环保材料和生物智能材料。