基本信息
- 项目名称：
- 新型功能材料羟基磷灰石的制备及其性能研究
- 来源：
- 第十二届“挑战杯”省赛作品
- 小类：
- 能源化工
- 大类：
- 自然科学类学术论文
- 简介：
- 羟基磷灰石（HAP）具有良好的生物活性、生物相容性和优异的吸附性能，已广泛应于生物医学、环境治理等相关领域。本文以硝酸钙和磷酸氢二铵为反应原料，用氨水调控溶液的酸度，利用共沉淀法制备羟基磷灰石粉体，系统地研究了反应温度、pH、煅烧温度等因素对HAP纯度和形貌的影响, 并采用SEM、XRD等对合成样品的形貌和结构进行了表征。这些特性为其在环境保护及生物医学上的研究和应用奠定了科学的基础。
- 详细介绍：
- 羟基磷灰石（HAP）具有良好的生物活性、生物相容性和优异的吸附性能，已广泛应于生物医学、环境治理等相关领域。本文以硝酸钙和磷酸氢二铵为反应原料，用氨水调控溶液的酸度，利用共沉淀法制备羟基磷灰石粉体，系统地研究了反应温度、pH、煅烧温度等因素对HAP纯度和形貌的影响, 并采用SEM、XRD等对合成样品的形貌和结构进行了表征。结果表明，在反应温度为60℃，pH为10.0-11.0，Ca/P比为1：1.67，煅烧温度为900℃时可获得纯度高，颗粒小，晶形完整的羟基磷灰石。利用合成的样品进行吸附试验，考察了离子初始浓度、吸附时间对吸附效果的影响，并探讨了其吸附机理。合成的羟基磷灰石对重金属离子具有良好的吸附功能，吸附率与Zn2+的初始离子浓度呈负相关。羟基磷灰石对Zn2+的吸附符合Langmuir等温吸附模型，属单层吸附。同时本文还研究了合成样品的生物活性，利用合成的样品进行了吸附氨基酸的试验，并考察不同浓度的HAP对氨基酸的吸附效果。通过紫外吸收光谱和红外光谱分析得出，羟基磷灰石对氨基酸有明显的吸附作用。这些特性为其在环境保护及生物医学上的研究和应用奠定了科学的基础。
作品专业信息
撰写目的和基本思路
- 羟基磷灰石具有优良的吸附性和生物相容性，其吸附性可应用于处理污水和环境治理，生物相容性可广泛用于骨替代材料、整形和整容外科、齿科、补钙剂、义眼座等生物医学领域。本文采用共沉淀法制备羟基磷灰石粉体，再用羟基磷灰石粉体吸附重金属离子和氨基酸，测定材料的吸附性能和生物相容性。针对其吸附重金属离子和谷氨酸的性能进行了设计和测试，从而为其在环保领域和生物材料方面的应用提供了有效依据。
科学性、先进性及独特之处
- 本文采用共沉淀法制备纳米羟基磷灰石粉体，制得的羟基磷灰石粉体具有优越的生物活性且对重金属离子的吸附性能良好。该方法设备简单，操作方便，污染少，产物纯度高，性能优良。着重研究了在人体温度下，样品对氨基酸的吸附情况，探讨其吸附性能和影响吸附性能的因素，以此讨论HAP在人体内部代替骨骼进行生命活动的可行性。同时，开展了样品吸附重金属离子的试验，为其在净化污水、环境治理领域的应用提供了可靠依据。
应用价值和现实意义
- 本实验采用的方法简单易行，原料来源广泛，价格低廉，耗能低，制备的样品具有良好的生物相容性和特殊的物理化学性质，可作为吸附剂用于蛋白质的分离提纯和废水中重金属离子的处理，从而达到保护环境的目的，是一种新型的绿色环保和智能矿物材料。其优异的生物性能又使其广泛用于骨替代材料、整形和整容外科、义眼座等领域。另外羟基磷灰石微晶还可用于抑制各种肿瘤细胞、HIV病毒生长的药物载体。
学术论文摘要
- 本文从硝酸钙和磷酸氢二铵混合沉淀的合成工艺出发，讨论了其最佳的反应条件及处理方法，然后对所制得的样品进行了XRD、FTIR、SEM表征,并对所得数据进行了分析讨论。对于材料的实际应用，实验就其吸附性和生物相容性的用途进行了研究，设计了其对重金属离子及氨基酸的吸附实验，并探讨了吸附机理。 本文研究过程主要有四个显著的特点：1）在制备中着重研究了温度，pH对产物的影响，根据晶体形貌讨论了最佳温度及pH下样品的性能；2）羟基磷灰石对蛋白质、氨基酸都具有吸附性，本文以氨基酸为例研究了羟基磷灰石的吸附性能，探讨其在人体内部正常使用的可行性，这方面文献少有报道；3）本文探讨了吸附量与离子的初始浓度和pH之间的关系，这为其在生物医学上的研究和应用奠定了科学的基础；4）本文研究了羟基磷灰石对污水中的重金属离子的吸附，并探讨吸附机理及影响吸附效果的因素。
获奖情况
- 无
鉴定结果
- 无
参考文献
- [1] Mobasherpour I, HeshajinM Soulati, Kazemzadeh A, et al. Synthesisof nanocrystalline hydroxyapatite by using precip itationmethod [J]. [2] Liu C S,Huang Y, ShenW, et al. Kinetics of hydroxyapatite precipitation at pH 10 to 11[J]. Biomaterials,2001,22(4):301-306. [3] 张超武,李娟莹.共沉淀法制备羟基磷灰石影响因素的研究[J].材料导报,2006,20:39023961. [4] Norda A G, Meyer-Rusenberg H W. Experience with orbital implants in particular with porous hydroxyapatite materials [J]. Ophthalmology,2003,100(6):437-444. [5] 于方丽,周永强,张卫珂,等.羟基磷灰石生物材料的研究现状、制备及发展前景[J].陶瓷,2006,23(2):6-11. [6] 齐勇,刘羽,胥焕岩.羟基磷灰石吸附水溶液中Zn2+影响因素 的研究[J].环境污染治理技术与设备,2006,7(5):82-85. [7] OZAWA M, SATAKE K, SUZUKI R. Removal of aqueous chromium by fishbone waste originated hydroxyapatite [J]. Mater, 2003,22:513-514. [8] 林英光,杨卓如,程江,纳米锶羟基磷灰石的制备和抗菌性能研究[J].化工新型材料,2006,34(9):52-64.
同类课题研究水平概述
- 近年来，纳米羟基磷灰石的制备及其优异的吸附性和生物相容性，引起了国内外专家的广泛关注，成为实验研究的热点之一。纳米级羟基磷灰石具有优良的吸附性和生物相容性，可广泛应用于生物医学、环境保护、新型材料等诸多领域。近几年，纳米级羟基磷灰石材料的研究和应用已有很大进展，目前已有部分产品面世。例如，李吉东，李玉宝等在常压条件下，用液相沉淀法合成了纳米羟基磷灰石浆料，并在超声波作用下，用浸渍交换法制备了载铜纳米羟基磷灰石，对抗菌材料的抗菌性能进行了研究，结果表明，载铜抗菌材料对革兰氏阴性菌E.coli和革兰氏阳性菌S.aureus均有较强的抑制和杀灭作用。庞晓峰，曾红娟采用溶胶-凝胶法制备羟基磷灰石陶瓷材料，对不同的氨基酸进行吸附，研究羟基磷灰石粉体的结构和生物活性。研究发现，羟基磷灰石能吸附氨基酸，吸附位点是PO43-基，而不是Ca2+，提出羟基磷灰石吸附具有不同电位的氨基酸的作用机理。毕荣荣，丁海涛，万立骏，介绍了羟基磷灰石生物陶瓷的晶体结构和性质，综合论述了纳米羟基磷灰石的制备方法，同时，介绍了纳米羟基磷灰石在生物医学方面的主要应用，有利于成骨细胞的生长，在硬组织修复、药物载体和抗肿瘤研究中显示了广阔的前景。罗道成, 刘俊峰对羟基磷灰石吸附电镀废水中的Zn2+进行了研究，探讨了碳羟基磷灰石用量、废水pH值、吸附时间、吸附温度对去除Zn2+的影响，含Zn2+的电镀废水经纳米羟基磷灰石吸附后，废水中Zn2+的含量低于国家一级排放标准。林玉琛，梁勇对羟基磷灰石作为一种新型眶内植入体进行的研究，已广泛应用于眼球摘除后，而且HA义眼座能较好地预防和矫治眼窝凹陷，并能增加安装的义眼活动度。孙振纲研究了不同剂量的羟基磷灰石纳米微粒经肝动脉灌注给药对兔肝VX2肿瘤的治疗作用，在一定剂量范围内，n-HAP对兔肝VX2肿瘤的生长具有抑制作用，并能提高瘤兔的生存期，肝功能损害是可逆的。因此，不难看出HAP的纳米材料有望成为治疗癌症的“新药”。出HAP的纳米材料有望成为治疗癌症的“新药”。 总之，纳米羟基磷灰石的制备及其性能研究已成为当今研究热点，其研究开发新产品的驱动力日益增加，研究技术日趋成熟，对生物医学的创新正越来越集中在纳米技术和传统技术的整合之中，在不久的将来，纳米羟基磷灰石必定能在骨修复、抗癌、抑菌，环境治理等领域发挥重大的作用。
