生物活性复合材料在生物矿化过程中的微观形貌与离子浓度变化

采用3-羟基丁酸酯-3-羟基戊酸酯的共聚物(PHBV)与磷酸三钙(TCP)、羟基磷灰石(HA)、生物活性玻璃(BG)等进行复合,获得了性能优良的生物活性骨组织工程支架材料和骨修复材料.研究和比较了3种复合材料在体外模拟生理环境中发生的生物矿化反应,对比了反应前后因矿化物的形成导致的表面微观形貌的变化,通过检测反应液离子浓度的变化对不同材料的矿化过程和生物活性进行了定量表征.研究结果表明,3种复合材料在模拟生理溶液中发生生物矿化的过程和程度不同,其中PHBV/BG的生物活性反应最为明显.     

Trition X-100/C_(10)H_(21)OH/H_2O体系层状液晶中纳米羟基磷灰石粉体的合成

本文以Triton X-100/C10H21OH/H2O体系层状溶致液晶为模板,Ca(NO3)2和(NH4)2HPO4为反应物,在一定的pH条件下,通过三元相图确定了层状液晶单相区域,并合成了羟基磷灰石(HA)纳米颗粒。用傅立叶红外光谱(FTIR),X射线衍射(XRD)和透射电子显微镜(TEM)对产物进行了表征。并考察了不同助表面活性剂浓度和不同表面活性剂浓度对产物的形貌和尺寸的影响。结果表明所制备的HA纳米颗粒平均直径为8~10nm、长度在100nm左右,呈针状。助表面活性剂浓度对HA形貌及尺寸影响不大,但是在一定范围内改变表面活性剂浓度可以起到调控HA纳米颗粒形貌和尺寸的作用。     

HA在PVA/CMC共混膜上的交互沉积及其表征

用溶液浇铸法制备聚乙烯醇/羧甲纤维素钠(PVA/CMC)共混膜,在对其进行交联改性的基础上,通过交互沉积法在膜表面沉积羟基磷灰石(HA),以制备PVA/CMC/HA复合材料。通过SEM、FT-IR、XRD等对其进行表征,探索PVA与CMC共混比例及交互周期对HA矿化速率的影响。结果表明,经过交联后的薄膜,在醇水混合溶液中能够稳定存在,其表面生成的HA含量随着交互周期和CMC含量的增加有明显增加,这种共混薄膜材料有望成为软骨修复材料的有效基体。     

羟基磷灰石／胶原／植物多酚复合材料的研究

以原花色素、茶多酚等植物多酚为交联剂,采用低温原位合成法制备羟基磷灰石/胶原/植物多酚(HA/COL/PP)复合材料。对材料的形貌、热稳定性、溶胀性质进行了表征。结果表明,植物多酚的加入使复合材料中各成分结合更紧密,增加了复合材料的热稳定性,降低了复合材料的溶胀度。比较研究表明,添加原花色素对上述性能的改善更有效。为了考察加入植物多酚后复合材料的生物活性,分别对羟基磷灰石/胶原/原花色素(HA/COL/PA)、羟基磷灰石/胶原/茶多酚(HA/COL/TP)复合材料进行了体外矿化能力研究,观察到两种材料的表面都形成了新的矿化沉积层,说明加入了植物多酚不影响复合材料的体外矿化能力。因而,羟基磷灰石/胶原/植物多酚复合材料是一种有潜力的骨替代材料。     

庆大霉素对羟基磷灰石/壳聚糖复合材料性能的影响

羟基磷灰石/壳聚糖-庆大霉素(HA/CS-G)缓释材料为骨髓炎的定点缓释给药提供了一种有效的局部药物缓释体系。为了研究抗生素对羟基磷灰石/壳聚糖材料性能的影响,采用共沉淀法制备了HA/CS-G缓释材料。利用红外光谱(IR)、X射线衍射(XRD)和扫描电子显微镜(SEM)对材料进行了表征。以不载药的羟基磷灰石/壳聚糖(HA/CS)为对照,研究了庆大霉素对HA/CS复合材料抑菌性能、力学性能和降解性能等的影响。实验结果表明,HA/CS-G有良好的抑菌效果。负载庆大霉素后HA/CS的机械强度明显增强,而材料的降解速率有所下降。本文采用的二次成型技术显著增大了材料的机械强度。     

HA/CuO/SrCO3梯度复合涂层的制备及体外生物活性

在羟基磷灰石(HA)悬浮液中, 以正丁醇为分散介质, 三乙醇胺为乳化剂, 成骨微量元素化合物CuO 和SrCO₃作为添加剂, Ti片为基材, 壳聚糖(CS)为造孔剂, 依次通过区带电泳分布并在反向电场作用下电 泳沉积, 得到HA/CS/CuO/SrCO₃复合涂层, 经700 ℃高温煅烧2 h后, 制得HA/CuO/SrCO₃复合涂层. 通过X射线衍射(XRD)、 傅里叶变换红外光谱(FTIR)、 场发射扫描电子显微镜(FESEM)、 能量色散光谱仪(EDS)、 劳埃德万能材料试验机、 电化学工作站、 模拟体液培养和抑菌实验等手段对复合涂层进行测试与表征. 结果表明, Ca, Cu和Sr 元素含量在HA/CuO/SrCO₃复合涂层的径向上均呈现梯度分布; 复合涂层与钛基材的结合强度达33.0 MPa; 循环伏安(CV)曲线和Tafel极化曲线测试表明, 复合涂层在N-2-羟乙基哌嗪-N′-2-乙磺酸(HEPES)模拟体液(H-SBF)中电化学性能稳定, 耐腐蚀性较强; 在H-SBF中培养24 d后, 复合涂层表面完全碳磷灰石化; 抑菌实验发现, 复合涂层粉末对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌的抑菌率分别为81.82%和71.86%.     

BSA与羟磷灰石相互吸附的FTIR-ATR光谱

采用傅里叶变换红外衰减全反射(FTIR-ATR)光谱法对牛血清白蛋白(BSA)在羟磷灰石(HA)[Ca₁₀(OH)₂(PO₄)₆]表面不同时间的相互吸附作用进行了表征。在BSA溶液作用下,羟磷灰石表面的Ca²⁺、PO₄^3-和OH^-离子初始的溶解和再沉淀使得BSA与HA相互作用层层叠加,在HA表面形成从表层到次表层分子都包含有吸附的BSA的覆盖层,从而加深两者之间的相互作用。经红外差谱法处理过的相关ATR数据表明, BSA与HA之间的相互作用是快速的,并随时间变化进一步加强;来自HA上PO₄^3-的P=O基团对蛋白质肽键的酰胺II带(―CNH)、多肽链的甲基(―PO₃)和亚甲基(―CH₂)上氢的吸附作用要比P―O快速而且强烈。Ca²⁺在该吸附过程中起了极其重要的作用,其快速与蛋白质肽键的羰基氧发生作用,并诱导该蛋白质二级结构由β-折叠向α-螺旋和β-转角构象转变;伴随着这一构象变化,蛋白质多肽链上大多数肽键的―C=O和H―N―活性基团从链间氢键交联中释放出来,带动众多的氢分别参与同HA表面的Ca²⁺、PO43-和OH^-离子的相互吸附作用,并牢牢地结合于HA表面;这对硬组织的再生起着重要作用,促进了HA的生物矿化过程。     

PEEM/LEEM技术在两维原子晶体表面物理化学研究中的应用

光发射电子显微镜(PEEM)/低能电子显微镜(LEEM)技术能够原位实时对表面结构、表面电子态和表面化学进行动态成像研究,在催化、能源、纳米、材料等领域有着重要的应用。本文着重介绍这两种技术的新进展,以及该技术在两维原子晶体的表面物理化学研究中的应用;包括原位研究两维原子晶体(石墨烯、氮化硼等)的生长、异质结构的形成、两维原子晶体表面下的插层反应和限域催化反应;将表面原位成像、微区低能电子衍射(μ-LEED)、图像亮度随电子束能量变化(I－V)曲线研究与其它表面表征技术相结合,能够有效理解两维层状材料表面以及层状材料与衬底界面上的动态过程。     

HA/PDM自组装复合胶体粒子及其乳化性能

以阴离子天然大分子透明质酸(HA)和阳离子单体甲基丙烯酸二甲氨基乙酯(DM)组成带相反电荷的聚合物/单体复合体系, DM通过水相原位聚合可制备荷正电的聚甲基丙烯酸二甲氨基乙酯(PDM), PDM与HA间的静电作用可诱导两者在水溶液中进行自组装, 得到HA/PDM复合胶体粒子. 用傅里叶变换红外(FTIR)光谱仪对HA/PDM复合物结构进行了表征. 用动态激光光散射(DLS)研究了HA与PDM复合体系在水溶液中的自组装行为, 并表征了反应时间对HA/PDM复合胶体粒子粒径的影响. 利用透射电镜(TEM)表征了胶体粒子的形貌. 考察了溶液pH 对胶体粒子粒径及zeta 电位的影响, 并对胶体粒子的乳化性能进行初步探索. 结果表明:DM单体聚合前, 无HA/DM复合物聚集体形成; 而随着DM的逐步聚合, HA与PDM可通过静电作用逐渐组装形成球状HA/PDM复合胶体粒子, 其粒径随反应时间延长逐渐减小并趋于稳定. 同时, 该复合胶体粒子具有pH敏感性和乳化性, 乳化性能较纯HA和PDM有较大提高.     

碳纳米管对羟基磷灰石基复合材料力学性能的影响

将力学性能优良的碳纳米管(CNTs)与羟基磷灰石(HA)生物陶瓷相复合,发展CNTs/HA复合材料来应用于骨组织修复领域,有望解决HA生物陶瓷力学性能的不足。通过3种不同的制备方法,即通过表面活性剂将CNTs分散在HA基体中、通过酸碱中和反应将CNTs与HA共沉淀以及通过体外浸泡在CNTs上矿化生长HA等方法来获得CNTs/HA复合材料。深入研究CNTs的表面结构和分散状态对CNTs/HA复合材料力学性能的影响。结果表明,CNTs的添加改变了HA的脆性,导致复合材料抗压力学性能得到提高。但是,由于复合材料制备方法的不同,导致CNTs在HA基体中的分散状态、表面结构的完整性以及与HA的界面结合情况不同,导致其抗压力学性能不同。其中,通过表面活性剂将CNTs分散在HA基体中而获得复合材料的抗压力学性能表现最好,而CNTs与HA通过共沉淀法所获得复合材料的抗压力学性能表现最差。     

碳纳米管对羟基磷灰石基复合材料力学性能的影响

将力学性能优良的碳纳米管(CNTs)与羟基磷灰石(HA)生物陶瓷相复合,发展CNTs/HA复合材料来应用于骨组织修复领域,有望解决HA生物陶瓷力学性能的不足.通过3种不同的制备方法,即通过表面活性剂将CNTs分散在HA基体中、通过酸碱中和反应将CNTs与HA共沉淀以及通过体外浸泡在CNTs上矿化生长HA等方法来获得CNTs/HA复合材料.深入研究CNTs的表面结构和分散状态对CNTs/HA复合材料力学性能的影响.结果表明,CNTs的添加改变了HA的脆性,导致复合材料抗压力学性能得到提高.但是,由于复合材料制备方法的不同,导致CNTs在HA基体中的分散状态、表面结构的完整性以及与HA的界面结合情况不同,导致其抗压力学性能不同.其中,通过表面活性剂将CNTs分散在HA基体中而获得复合材料的抗压力学性能表现最好,而CNTs与HA通过共沉淀法所获得复合材料的抗压力学性能表现最差.     

193 nm激光引发PET表面的化学接枝

将聚对苯二甲酸乙二醇酯[Poly(ethylene terephthalate), PET]材料置于氨气气氛中, 利用激光光子同时激发材料表面及氨气形成自由基, 用激光引发反应并促进氨基在材料表面的接枝. 改性后的测试结果表明, 材料表面粗糙度没有显著变化, 但水接触角的减小表明表面化学结构发生了某种变化. 傅里叶变换红外光谱(FTIR/ATR)图谱在3352和1613 cm-1处出现了新的氨基吸收峰, 证实了表面接枝了氨基. 同时X射线光电子能谱(XPS)也证明了材料表面C—N键的存在, 其C1s结合能为285.5 eV, N1s为398.9 eV. 飞行时间二次离子质谱(Tof-SIMS)也检测到含氨基的分子碎片, 其碎片成像图显示接枝仅发生在激光辐照部位. 实验结果表明, 激光能在生物材料表面进行局部区域的选择性接枝.     

再生丝素蛋白-纳米生物活性玻璃复合膜的制备和表征

将再生丝素蛋白(SF)与纳米生物活性玻璃(NBG)粉体复合成膜,制备出一种新型生物材料。采用场发射扫描电镜(FESEM)、红外光谱(FT-IR)、热重分析(TGA)等方法对复合膜结构进行表征。结果表明:NBG均匀分散在丝素膜中,随着NBG含量的增加,复合膜中丝素的构象部分由无规线团或SilkⅠ向SilkⅡ转变,同时力学性能变差。体外生物活性研究表明:复合膜表面沉积出较多的类骨羟基磷灰石(HA),说明其具有较高的生物活性及优良的诱导类骨HA沉积的能力。     

交替采样FTIR反射吸收光谱法

用红外反射光谱研究固体表面上单分子膜可给出关于结构及表面定向的直接信息。近年来这方面的研究工作已有众多报道。由于组成单分子膜的物质量极少(如单层硬脂酸钙Langmuir-Blodgett(简称LB)膜,约为8×10~(-10)mol/cm~2),给测量带来很多困难。因此,提高测量的灵敏度和信噪比是研究中必须解决     

钛基多孔HA/SiO2复合涂层的制备及性能研究

为了制得表面多孔且与基材结合强度高的羟基磷灰石(HA)涂层,实验中以正丁醇为分散介质,以SiO2粉末为添加剂,纯钛片为基材,电泳沉积制备羟基磷灰石/二氧化硅/壳聚糖/(HA/SiO2/CS)复合涂层,经后续热处理得到多孔HA/SiO2复合涂层,采用扫描电镜(SEM)、傅立叶红外光谱仪(FT-IR)、X射线衍射仪(XRD)、万能材料试验机对涂层的表面形貌、组成、结构和结合强度进行测试和表征,并通过模拟体液(SBF)浸泡法对复合涂层的生物活性进行评价.结果表明:当悬浮液中的HA/SiO2/CS质量比为1∶1∶1时,制得的HA/SiO2/CS涂层经700℃热处理后获得的HA/SiO2复合涂层孔洞分布均匀,大孔孔径在10～15μm,小孔孔径在1～5μm;涂层与基材的结合强度达到25.5 MPa;多孔HA/SiO2复合涂层在SBF中浸泡7 d后,涂层表面碳磷灰石化;说明实验中添加SiO2所制得的多孔HA/SiO2复合涂层与钛基材结合强度高,且具有良好的生物活性.     

羟基磷灰石与牛血清白蛋白相互作用的原位红外光谱研究

应用原位(in situ)全反射红外光谱研究牛血清白蛋白在电化学法制备的羟基磷灰石表面的吸附和成键行为, 探索电化学法制备的HA生物材料/生物环境界面过程和生物相容性的微观本质.     

电致变色型导电聚苯胺固态超级电容器的构建与性能研究

以苯胺硫酸溶液为沉积液,导电玻璃(FTO)为基底材料,在-0.2~1.2 V范围内先电位扫描一圈生成聚苯胺(PANI)晶种,然后在-0.2~0.8 V范围内用循环伏安法电沉积导电PANI材料.所得样品用红外光谱和扫描电子显微镜进行结构表征;以最佳循环伏安电沉积条件制备的PANI/FTO为活性电极,以H_2SO_4/聚乙烯醇(H2SO4/PVA)为凝胶电解质组装了电化学电容器,通过循环伏安、恒电流充放电和电化学阻抗法研究了组装电化学电容器的电化学性能.研究结果表明,以H_2SO_4/PVA凝胶电解质,沉积于导电玻璃表面的PANI活性电极材料的面比电容可达172.7 m F/cm~2,并且在2000次充放电以后,比电容值仍可保留初始值的92.8%.以分区沉积有PANI的导电玻璃可组装制备通过变色显示充放电过程的电化学电容器,在充电时,其颜色逐渐从浅绿色向深绿色转变,放电时,颜色逐渐从深绿色向浅绿色转变.     

CdTe/Mn3 O4/SiO2荧光/磁共振双模成像纳米球的制备与表征

成功地制备了CdTe/Mn_3O_4/SiO_2核壳结构的荧光/磁共振成像双功能纳米球,并用透射电镜(TEM)、能谱分析(EDXA)、磁共振成像(MRI)、红外、荧光光谱等对其结构、磁共振成像和发光性能进行了表征。TEM照片显示所合成的纳米球具有明显的球形核壳结构。EDXA分析显示所制备的CdTe/Mn_3O_4/SiO_2纳米球表面只检测到Si和O元素,证明CdTe量子点和Mn_3O_4纳米立方体被成功地包被于二氧化硅纳米球之内。荧光发射光谱显示相对于CdTe量子点,CdTe/Mn_3O_4/SiO_2纳米球荧光发射光谱虽然发生了一定的蓝移,但是仍具有良好的荧光性能。MRI分析可知CdTe/Mn_3O_4/SiO_2纳米球的弛豫参数(r_1)为3.88 s~(-1)(mg·L~(-1))~(-1),说明所合成的CdTe/Mn_3O_4/SiO_2纳米球可用于T_1-加权磁共振成像。细胞毒性实验表明,当CdTe/Mn_3O_4/SiO_2溶液浓度达到300μg·mL~(-1)时,细胞活力仍可达到90%以上,表明此浓度对细胞的毒性作用较弱。     

造孔剂对电泳沉积制备多孔HA涂层及其生物活性的影响

采用水热法制得的羟基磷灰石(HA)纳米粉体,分别与造孔剂葡萄糖(Glu)、壳聚糖(CS)、炭粉(C)3种微粒(＜38.5 μm)配置成质量比1∶1的悬浮液,电泳沉积 烧结制备钛基多孔HA涂层,并对制得的3种多孔HA涂层在模拟体液浸泡前后的表面形貌、化学组成及物相变化进行表征。 结果表明,经700 ℃烧结处理后制得的3种多孔HA涂层在1.5倍人体模拟体液中浸泡5 d后,多孔HA涂层表面均被层状生长的碳磷灰石颗粒完全覆盖,颗粒直径在5~25 μm,说明这些多孔HA涂层均具有良好的生物活性。 其中以CS为造孔剂制得的多孔HA涂层结合强度最高,达19.5 MPa,有望开发成为新型的人骨植入生物陶瓷材料。     

多孔载药纳米羟基磷灰石/聚酰胺/壳聚糖复合材料的制备与性能

以纳米羟基磷灰石(n-HA)、聚酰胺(PA)、壳聚糖(CS)为原料,以聚乙烯吡咯烷酮(PVP)与氯化钠(Na Cl)为致孔剂采用溶液共混法和粒子致孔法,载入抗生素红霉素(EM),研制一种新型多孔载药纳米羟基磷灰石/聚酰胺/壳聚糖/红霉素复合骨组织修复材料。研究了其孔隙率、抗压强度、X射线衍射谱图、红外光谱图、SEM和药物释放曲线,探讨了CS含量及红霉素释放量对材料性能的影响。结果表明,当PVA/Na Cl为1:6时,材料总孔隙率为72%和抗压强度为0.71MPa,扫描电镜显示多孔n-HA/PA/CS复合材料孔的直径在100~500μm之间,适合血管、骨组织的长入以及营养物质的运输。当CS的含量从0增到30%时复合材料药物的释放量从41.6%增到82.4%,表明可降解材料CS的加入有利于药物溶出。