具有分级结构的含钙矿物质的仿生合成与表征.doc

无机化学专业优秀论文具有分级结构的含钙矿物质的仿生合成与表征
关键词:羟基磷灰石碳酸钙自组装仿生合成生物材料红外吸收光谱
摘要:自组装形成的纳米材料具有优异的化学和物理性能。事实上,自然界已为我们提供了绝好的范例,完美精致的生物材料告诉我们复杂功能的实现大多必然经历由小到大的多尺度分级有序自组织协同过程。因此,有目的的将纳米材料分级自组装为各种尺度的有序结构,可以获得更优异的整体的协同性质,这对于以纳米材料为基础而构筑的微纳米器件有着重要的意义。羟基磷灰石(HAP)、碳酸钙(CaCO3)是生物矿化产物中的重要矿物质,具有很好的骨修复和再矿化性能。本文主要采用仿生的方法,分别合成了类鱼眼状、球形、半球形的难溶钙盐分级组装体、花状羟基磷灰石和球状、片层状、飞碟状的碳酸钙分级组装体。用X射线粉末衍射(XRD)分析、扫描电子显微镜(SEM)、傅里叶变换红外吸收光谱(FT-IR)和热重一差热分析(TG-DTA)等手段对所得产物进行表征。并且所制备的仿生矿物质在生物学方面表现出了良好的应用前景。本论文的主要研究内容包括以下几方面: (1)概述了自组装的研究意义、分类、主要特征和机理:介绍了本论文的选题背景和主要研究内容。(2)采用气-液扩散法,利用牛血清白蛋白作为有机基质,钡离子、镉离子和锰离子作为无机添加物,在室温条件下分别仿生合成出了类鱼眼状、球形、半球形的难溶钙盐分级组装体,利用XRD,SEM等手段对其结构进行了表征,并对其结晶过程以及蛋白质和二价金属离子的协同作用对晶体形貌的影响做了初步的探讨。结果表明,CaBa(CO3)2/BSA和CaMn(CO3)2/BSA的形成过程符合定向连接机理,CaCd(CO3)2/BSA的形成过程符合Ostwald Ripening机理。(3)采用气-液扩散法,以二价镁离子作为晶形控制剂,仿生合成出了海胆状的文石型碳酸钙。以此碳酸钙为模板,利用阴离子交换的原理,制备出了花状羟基磷灰石,利用XRD,SEM等手段对其结构进行了表征。通过对所得羟基磷灰石的蛋白吸附和细胞粘附实验分析,结果表明其具有良好的生物活性。(4)选取丝氨酸、缬氨酸和牛血清白蛋白为基质,用气体扩散方法使难溶钙盐在基质作用下结晶,成功合成了球状、片层状和飞碟状的碳酸钙分级组装体,并利用XRD,SEM等手段对其结构进行了表征,最后利用飞碟状碳酸钙的特殊结构,对其进行了罗丹明B的吸附和释放实验。实验结果表明,由于所得的飞碟状碳酸钙是由纳米级颗粒组成的,具有较大的比表面积,因此对罗丹明B具有很好的吸附与解吸附作用,这对于药物包囊和释放具有很好的应用前景。上述研究以生物材料矿化过程的仿生合成作为研究基础,由于合成的仿生矿物材料大都是无机物和有机基质的杂化材料,具有优良的生物相容性,可能在生物学方面有良好的应用前景。
正文内容
自组装形成的纳米材料具有优异的化学和物理性能。事实上,自然界已为我们提供了绝好的范例,完美精致的生物材料告诉我们复杂功能的实现大多必然经历由小到大的多尺度分级有序自组织协同过程。因此,有目的的将纳米材料分级自组装为各种尺度的有序结构,可以获得更优异的整体的协同性质,这对于以纳米材料为基础而构筑的微纳米器件有着重要的意义。羟基磷灰石(HAP)、碳酸钙(CaCO3)是生物矿化产物中的重要矿物质,具有很好的骨修复和再矿化性能。本文主要采用仿生的方法,分别合成了类鱼眼状、球形、半球形的难溶钙盐分级组装体、花状羟基磷灰石和球状、片层状、飞碟状的碳酸钙分级组装体。用X射线粉末衍射(XRD)分析、扫描电子显微镜(SEM)、傅里叶变换红外吸收光谱(FT-IR)和热重一差热分析(TG-DTA)等手段对所得产物进行表征。并且所制备的仿生矿物质在生物学方面表现出了良好的应用前景。本论文的主要研究内容包括以下几方面: (1)概述了自组装的研究意义、分类、主要特征和机理:介绍了本论文的选题背景和主要研究内容。(2)采用气-液扩散法,利用牛血清白蛋白作为有机基质,钡离子、镉离子和锰离子作为无机添加物,在室温条件下分别仿生合成出了类鱼眼状、球形、半球形的难溶钙盐分级组装体,利用XRD,SEM等手段对其结构进行了表征,并对其结晶过程以及蛋白质和二价金属离子的协同作用对晶体形貌的影响做了初步的探讨。结果表明,CaBa(CO3)2/BSA和CaMn(CO3)2/BSA的形成过程符合定向连接机理,CaCd(CO3)2/BSA的形成过程符合Ostwald Ripening机理。(3)采用气-液扩散法,以二价镁离子作为晶形控制剂,仿生合成出了海胆状的文石型碳酸钙。以此碳酸钙为模板,利用阴离子交换的原理,制备出了花状羟基磷灰石,利用XRD,SEM等手段对其结构进行了表征。通过对所得羟基磷灰石的蛋白吸附和细胞粘附实验分析,结果表明其具有良好的生物活性。(4)选