（应用化学专业论文）羟基磷灰石吸附有机物质的研究.pdf

摘要 作为生物活性陶瓷材料，羟基磷灰石在医疗移植、药物填充和硬组织缺损修复等 临床应用方面发挥了极大的作用，而在移植过程中所引起的人体组织结构的变化和材 料本身在体液中的腐蚀都受到了广泛的关注。 首先，本文从反应方程式的吉布斯自由能的变化等热力学的角度详细推导了合成 的最佳条件以及作用机理，从而为羟基磷灰石的制备和纯化提供一些理论指导。在其 他条件相同的情况下，本文分别在水和微乳液环境中合成了羟基磷灰石，并利用扫描 电镜、能谱仪和粒径分析等手段对产物进行了分析和比较。实验结果表明，水介质中 得到的产物经超声波分散后，基本为球形。而t r i t o n x 1 0 0 一正戊醇一环己烷一水 微乳液体系中得到的产物的粒径较小，比表面积较大，结构也比较蓬松。 然后，以羟基磷灰石为吸附剂，研究了其对苯酚、人血清白蛋白的吸附性能。考 察了酸度、时间和浓度等因素对吸附的影响，绘制了吸附等温线。利用扫描电镜对吸 附了有机物之后的样品进行了观察和分析。实验表明，羟基磷灰石吸附有机物质的现 象和机理比较复杂，在微乳液中得到的样品对苯酚和蛋白质的吸附量较大，其吸附性 能优于水介质中制备的样品。羟基磷灰石对它们的吸附主要是物理吸附，吸附性能主 要依靠羟基磷灰石的比表面积。 为了测定吸附液中蛋白质的浓度，本文以二溴对甲偶氮羧为显色剂，采用共振瑞 利散射法建立了一种测定蛋白质的新方法，考查了各种因素对方法灵敏度的影响。实 验发现这种方法不但具有良好的灵敏度和选择性，还具有操作简单、反应时间短、重 现性好和受干扰物质少的优点。这种测定蛋白质浓度方法的建立不但满足了实验的要 求，同时也可用于l 临床医疗和实际样品的测定。 最后，在查阅了大量文献资料之后，本文用红外光谱和紫外光谱技术研究了h s a 被h a p 吸附后其构象的变化。从t i j l , 光谱图中可以看出，反应之后蛋白质的结合键 发生了变化，其c = o 伸缩振动和酰胺振动的强度都减小了。而用普通的紫外光谱仪 器来研究蛋白质构象的变化比较困难，对实验操作和测量仪器的要求都很高，经过多 次的测定，紫外光谱实验表明，吸附前后人血清白蛋白的结构发生了变化，其a 螺旋 的含量从4 4 减少到了1 7 1 2 。 羟基磷祆石吸附有机物质的研究 本论文的系统性、科学性和新颖性 1 、系统性 系统地研究了羟基磷扶石的合成方法、合成机理，并分别在水和微乳液介质中制 备了两种样品。然后以自制的羟基磷灰石为吸附剂，通过对苯酚和蛋白质的吸附，考 察了两种产品的吸附性能，检验了酸度、时间和浓度等因素对吸附性能的影响，绘制 了吸附等温线。最后，通过红外和紫外光谱技术测定了h s a 被h a p 吸附之后其结构 的变化。 2 、科学性 本文通过热力学理论分析了h a p 的合成原理，解释了合成过程中出现的实验 现象。利用扫描电镜对制备的样品和吸附有机物质之后的样品的形貌进行了观察， 利用能谱分析对它们的成分进行了分析。并通过粒径分析手段比较了两种产物颗 粒的大小。结合中外参考文献和大量的反复的实验数据，对实验现象和机理提供 了合理的解释。在中外科学期刊上发表了多篇关于微乳液的使用和性质、物质的 吸附以及蛋白质测定的文章。 3 、新颖性 首次在t r i t o nx 1 0 0 一正戊醇一环己烷一水微乳液体系中合成了羟基磷狄石， 并以自制的羟基磷灰石为吸附剂研究了对苯酚和人血清白蛋自的吸附，并考察了 h a p 对h s a 构象的影响。首次用二溴对甲偶氮羧类试剂共振光散射法测定了蛋白质 的浓度。因此，本文的研究方法和结果将为羟基磷灰石用于废水中苯酚等有机废物的 处理提供参考依据，为羟基磷荻石在移植和医药等医学方面发挥更大的作用提供一定 的实验依据。 关键词：羟基磷狄石苯酚人血清白蛋红外光谱紫外光谱 i i 塑里查兰竺；! 兰堡篁兰 a b s t r a c t a sab i o l o g i c a la c t i v i t yc e r a m i cm a t e r i a l ，h y d r o x y a p a t i t e ( h a p ) h a sp l a y e dt h ev e r y m a j o rr o l e i ns o m ec l i n i c a l p r a c t i c ea s p e c t s ，s u c ha s s k e l e t o na n do r g a n i c t r a n s p l a n t ， m e d i c i n es t u f f i n ga n dh a r dt i s s u er e p l a c e m e n t t h ec h a n g eo ft h es t r u c t u r eo f b o d yt i s s u e a n dt h em a t e r i a li se r o d e di nt h eb o d yf l u i dc a u s e db yt h et r a n s p l a n tp r o c e s sh a sr e c e i v e d t h ew i d e s p r e a da t t e n t i o n f i r s t ，f r o mt h ep o i n to f v i e wo f t h e r m o d y n a m i c s ，t h ec h a n g eo f s t a n d a r dm o l a rg i b b s f l e ee n e r g y ( g ：，2 9 8 1 5 k ) o f t h ef o u rr e a c t i o ne q u a t i o n sa r ed e r i v e d r e s p e c t i v e l y ，s ot h e o p t i m u mf a c t o r s a n dt h er e a c t i v em e c h a n i s mf o rt h ep r e p a r a t i o no fh a pi si n f e r r e d t h e r e f o r e ，s o m et h e o r yk n o w l e d g eh a sb e e np r o v i d e di no r d e rt o t h e p r e p a r a t i o na n d p u r i f i c a t i o no fh y d r o x y a p a t i t e m a i n t a i n i n go t h e rf a c t o r st ob ei n v a r i a b l e ，t h et w ok i n d so f h y d r o x y a p a t i t eh a v eb e e np r e p a r e d i nd i f f e r e n t o n l ym e d i aw h i c hw a t e rm e d i u ma n d m i c r o e m u l s i o nm e d i u m t h ep r o d u c t sa r eo b s e r v e d b ys c a n n i n g e l e c t r o n m i c r o s c o p e ( s e m ) ，e n e r g ys p e c t r o m e t e ra n dt h ea n a l y t i c a la p p a r a t u so fd i s t r i b u t i n gs i z eo fg r a n u l e t h ee x p e r i m e n t ss h o wt h a tt h e p a r t i c l e ss y n t h e s i z e df r o mw a t e rm e d i u ma r ea l m o s t s p h e r i c a l w h i l e t h ep a r t i c l e sf r o mt r i t o nx 1 0 0 1 - p e n t a n o l c y c l o h e x a n e w a t e r m i c r o e m u l s i o nm e d i u mh a v es m a l l e r d i a m e t e r , b i g g e r s u r f a c ea r e aa n dm o r e f l u f r y s t r u c t u r et h a nw h i c hf r o mw a t e rm e d i u m t h e n ，u s i n g t h eh a pa saa d s o r b e n t ，i t sa d s o r p t i v ec a p a c i t yt ot h ep h e n o la n dh u m a n s e r u mp r o t e i nh a sb e e ni n v e s t i g a t e d a tt h es a m et i m e ，m a n yf a c t o r sw h i c hi n f l u e n c e dt h e a m o u n t so fa d s o r p t i o ns u c ha st h ea c i d i t y , r e a c t i v et i m ea n dt h ec o n c e n t r a t i o nh a v eb e e n r e s e a r c h e di nd e t a i la n dt h ea d s o r p t i o ni s o t h e m l a l sa r ea l s oo b s e r v e d t h ea p p e a r a n c eo f t h es a m p l e sa d s o r b e do r g a n i cs u b s t a n c e sa r eo b s e r v e db yt h es e m t h er e s u l t ss h o wt h a t t h ea d s o r p t i v er e a c t i o ni sm o r e c o m p l i c a t e d ；t h ep r o d u c t sp r e p a r e df r o mt h em i c r o e m u l s i o n m e d i u mh a v el a r g e rt h ea m o u n t so f a d s o r p t i o nt ot h ep h e n o la n dh s a ，t h a ti st os a y ，i t s a d s o r p t i v ec a p a c i t y i sb e t t e rt h a nt h e p r o d u c t sp r e p a r e d i nt h ew a t e rm e d i u m 一f h e a d s o r p t i o nt h a th a pt ot h eh s ai sap h y s i c a lp r o c e s s ，i t sa d s o r p t i v ec a p a c i t yp r i m a r y d e p e n d s o nt h es u r f a c ea r e ao ft h ep r o d u c t s 羟基磷灰稻吸附有机物质的研究 i nt h ep a p e r , i no r d e rt od e t e r m i n et h ec o n c e n t r a t i o no ft h ep r o t e i ni nt h es o l u t i o n a d s o r b e db yt h eh a p , t h et w on o v e lm e t h o d sw h i c hu s i n gd i b r o m o m e t h y lc a r b o x y a z oa sa d y e a r eb u i l tb yt h es p e c t r o p h o t o m e t r ya n dt h er e s o n a n c er a y l e i g hs c a t t e r i n g m a n gf a c t o r s i n f l u e n c i n gt h es e n s i t i v i t yh a v eb e e nr e s e a r c h e d t h ee x p e r i m e n t a lr e s u l t ss h o wt h a tt h e t w om e t h o d sh a v et h em e r i t si nt h ef o l l o w i n ga s p e c t s ：h i g hs e n s i t i v i t y ，r e a c t i o nr a p i d i t y ， g o o dr e p r o d u c i b i l i t y ，s i m p l i c i t yi nh a n d l i n g ，a n dr e l a t i v e l yf e wi n t e r f e r i n gs u b s t a n c e s t h e t w on e wm e t h o d sn o to n l ys a t i s f yw i t ht h es t u d yo ft h ea d s o r p t i o n 、b u tc a nb ea p p l i e dt h e d e t e r m i n a t i o n o f p r o t e i n s i nr e a ls a m p l e so ru r i n ei nt h ec l i n i c a lf i e l d f i n a l l y ，a f t e rr e f e r r i n gl a r g en u m b e r s o f l i t e r a t u r e s ，t h ec h a n g eo fs t r u c t u r eo f t h eh s a a d s o r b e db yt h eh a pi ss t u d i e db yi n f r a r e da n du l t r a v i o l e ts p e c t r u m i ti sc a nb es e ef r o m t h ef t - i r s p e c t r a lf i g u r et h a tt h ec h e m i c a lb o n do f t h eh s ao c c u r r e ds o m ec h a n g e sa f t e r r e a c t e dw i t ht h eh a et h ei n t e n s i t yo ff l e xv i b r a t i o no fc = 0 ，n cb o n di sb o t hw e a k e n e d i ti s d i f f i c u l t y t h a tt o s t u d yt h ec h a n g eo ft h ep r o t e i nc o n f o r m a t i o nb yt h eu l t r a v i o l e t s p e c t r o s c o p y , b e c a u s et h ee x p e r i m e n tr e q u e s ta c c u r a t ee x p e r i m e n t a ls k i l l a n da d v a n c e d a p p a r a t u s a f t e rm a n yt i m e s d e t e r m i n a t i o n ，t h ee x p e r i m e n t a ld a t ai n d i c a t e st h a tt h e s t r u c t u r eo ft h ep r o t e i nw a sc h a n g e d n eq u a n t i t yo fas p i r a ls t r u c t u r eo ft h ep r o t e i nh a s r e d u c e df r o m4 4 t o1 7 1 2 一 t h i sp a p e rf e a t u r e si ns y s t e m a t i c ，s c i e n t i f i ca n dc r e a t i v em e t h o d s 1 s y s t e m a t i c f e a t u r e i nt h i sp a p e r , t h em e t h o da n dt h e o r yf o rt h ep r e p a r a t i o no fh a pa r er e s e a r c h e dt h e t w os o n so f p r o d u c t sa r es y n t h e s i z e dr e s p e c t i v e l yi nw a t e ra n dm i c r o e m u l s i o nm e d i a t h e n t a k i n gt h eh a p a saa d s o r b e n t ，i t sa d s o r p t i v ec a p a c i t yt ot h ep h e n o la n dh u m a ns e r u m p r o t e i nh a sb e e ni n v e s t i g a t e d m a n yf a c t o r sw h i c hi n f l u e n c e dt h ea m o u n t so fa d s o r p t i o n s u c ha st h ea c i d i t y , r e a c t i v et i m ea n dt h es o l u t i o nc o n c e n t r a t i o nh a l _ eb e e nr e s e a r c h e di n d e t a i la n dt h ea d s o r p t i o ni s o t h e r m a l sa r ea l s oo b s e r v e d f i n a l l y , t h ec h a n g eo ft h ep r o t e i n c o n f o r m a t i o ni st e s t e db yt h ei n f r a r e da n du l t r a v i o l e ts p e c t r o s c o p y 2s c i e n t i f i cf e a t u r e h e p r i n c i p i u mo ft h e h a p p r e p a r a t i o na n dm a n ye x p e r i m e n t a lp h e n o m e n aa r e s t u d i e da n de x p l a i n e db yt h et h e r m o d y n a m i c a lt h e o r y t h ep r o d u c t sa n dt h es a m p l e s w h i c ha d s o r b e dt h eo r g a n i cs u b s t a n c ea r ea l lo b s e r v e db ys c a n n i n ge l e c t r o nm i c r o s c o p e ， | i 堑璧奎兰竺圭兰堡篁兰 t h ec o m p o n e n ti st e s t e db yt h ee n e r g ys p e c t r o m e t e r , t h ep e r i m e t e ra n df e a t u r ea r e ao ft h e t w os a m p l e sa r ec o m p a r e db yt h ea n a l y t i c a la p p a r a t u so fd i s t r i b u t i n gs i z eo fg r a n u l e s y n t h e s i z i n gm a n yt h e c h i n e s ea n d f o r e i g nr e f e r e n c e s a n dt h ea b u n d a n tr e p e a t e d e x p e r i m e n t a l d a t a ，t h e r e a s o n a b l e e x p l a n a t i o n s f o rt h e p r i n c i p i u m a n d m a n y e x p e r i m e n t a lp h e n o m e n aa r ep r o v i d e di nt h i sa r t i c l e a tt h es a m et i m e ，s o m ea r t i c l e s a b o u tt h ep r o p e r t yo fm i c r o e m u l s i o n ，m e t h o d so fs e p a r a t i o na n de n r i c h m e n ta n dt h e d e t e r m i n a t i o no f t h ep r o t e i nh a v eb e e n p u b l i s h e d o ns o m e i m p o r t a n t s c i e n c ep e r i o d i c a l 3 c r e a t i v ef e a t u r e t h et r i t o nx 一1 0 0 一l p e n t a n o l c y c l o h e x a n e w a t e rm i c r o e m u l s i o ns y s t e mi s f i r s t l ys e l e c t e dt op r e p a r eh a p a n dt h ea d s o r p t i o nr e s e a r c h e so ft h eh a pf o rt h ep h e n o l a n dh u m a ns e r u m p r o t e i nh a v ea l s ob e e nd e v e l o p e df i r s t l y t h ec h a n g e o f t h ec o n f o r m a t i o n o fh u m a ns e r u mp r o t e i nc a u s e db yt h eh a pi st e s t e di nt h ep a p e r a sas o r to fp r o b e ， d i b r o m o m e t h y lc a r b o x y a z oh a sb e e nf i r s t l ys e l e c t e dt od e t e r m i n et h et r a c ea m o u n t so f p r o t e i nb yr e s o n a n c er a y l e i g hs c a t t e r i n gm e t h o d t h u s ，t h ee x p e r i m e n t a lm e t h o da n dt h e r e s u l t sw i l la f f o r ds o m ev a l u a b l ei n f o r m a t i o nf o rr e m o v i n gp h e n o li nw a s t ew a t e ra n d e x p e r i m e n t a lw a r r a n t i e sf o rt h ee x t e n s i v e u s eo f t h eh a pi nt h em e d i c i n a lf i e l d k e y w o r d s ：h y d r o x y a p a t i t e ，p h e n o l ，h u m a ns e r u mp r o t e i n ，i n f r a r e ds p e c t r u m ，u l t r a v i o l e t s p e c t r u m 原创性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下， 独立进行研究所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文 不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的科研成果。对本文的 研究作出重要贡献的个人和集体，均己在文中以明确方式标明。本人 完全意识到本声明的法律责任由本人承担。 论文作者签名：刻整日期： 逊：三f 关于学位论文使用授权的声明 本人完全r 解济南大学有关保留、使用学位论文的规定，同意 学校保留或向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许 论文被查阅和借鉴：本人授权济南大学可以将学位论文的全部或部分 内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或其他复制手段 保存论文和汇编本学位论文。 ( 保密论文在解密后应遵守此规定) 沦文作者签名：亟，拖导师签名：丝盔i 支扫期：磁。s ! 。 1 1 羟基磷灰石的应用 第一章前言 作为一种具有活性的生物陶瓷医学材料，羟基磷灰石( c a l o ( p 0 4 ) 6 ( o h ) 2 ) 是目前 研究最多的生物材料之一，在近代生物医学工程学科领域一直受到人们的密切关注。 和其他生物医学材料，如钛合金等医用金属、壳聚糖类高分子材料相比，羟基磷灰石 的特点是材料中含有人体正常新陈代谢所需要的元素，在生理环境中能逐步的降解和 吸收，或与肌体组织之问形成稳定的化学键合，从而在种植体与机体组织之间形成紧 密的化学结合层，这种结合层能够阻止材料在体液中的腐蚀川，提高种植体的使用寿 命。羟基磷灰石类生物活性陶瓷材料的临床应用范围非常广泛，常用于人工骨、人工 关节、人血管和肌腱的填充、结合材料。在义眼填充和牙齿修复中也发挥了良好的效 果1 2 - 1 0 l ，大大提高了生命的质量。 近年来，为了集中多种材料的性能优点，摒弃各种材料自身的不足，提高材料的 机械性、耐磨性和生物相容性，从而使材料具备综合性能优势，更好的实现在人体内 的辅助治疗功能，各种复合材料成了研究重点。近年来，羟基磷灰石也与各种材料结 合形成了生物医学复合材料，如钛合金羟基磷灰石材料【，壳聚糖纳米羟基磷灰石复 合材料等i l “。 随着人们对羟基磷灰石的结构以及性质的深入了解，其应用领域也在不断地扩 大。人工合成的羟基磷灰石还可以作为荧光材料、生物大分子的色谱分离剂【1 4 i 、 催化剂和吸附剂【1 6 - 1 8 】或者制备用于抑制各种肿瘤细胞、病毒生长的药物载体2 等。 1 2 羟基磷灰石的制备 羟基磷坎石的合成方法通常分为两类： 、固相( 干法) 合成法：因为此方法具有反应速度慢，所需时间长，产物粒径 大和活性差的缺点，所以此方法不被经常使用。 二二、水相( 湿法) 合成法：目前，国内外有关羟基磷灰石的制备多用水相合成法。 水相合成法又包括以下几种方法： ( 1 1 沉淀法 羟基磷狄石吸附有机物质的研究 此法一般采用c a ( n 0 3 ) 2 溶液与( n h 0 2 h p 0 4 溶液在一定酸度条件下，在常温或水 热环境中进行反应【2 1 1 。其化学反应方程式为： n h 。o h 5 c a ( n 0 3 ) 2 + 3 ( n h 4 ) 2 h p o 水 2 0 二- c a 5 ( p 0 4 ) 3 ( o h ) + 6 n h 4 n 0 3 + 4 h n 0 3 p h 2 1 1 1 2 ( 2 1 水热合成法 其特点是在一个密闭容器中，利用水溶液作为反应介质，通过对反应器加热，在 高温和高压条件下，使得在通常条件下难溶或不溶的c a c 0 3 或c o h ) 2 与c a f f p 0 4 ) 2 或c a h p o 。的混合物溶解并重新结晶【功。化学反应方程式为： c a c 0 3 c a o + c 0 2 + h 2 0 c a o + 3 c a s ( p 0 0 2 + h 2 0 一c a l o ( o h ) 2 ( p 0 4 ) 6 6 水热合成法的优点是：产物直接为晶态，无需烧结晶化，可避免烧结过程的团聚 现象，改变反应条件时可以得到不同结构和形态的晶体产物。但是水热合成法要求反 应过程在真空状态下，在恒定的高温高压条件下发生，所以对设备的密闭性等条件要 求非常高，而且副反应较多。 ( 3 1 溶胶凝胶法 采用钙的柠檬盐或钙盐与磷酸反应，获得溶胶，然后在一定条件下使溶胶老化为 凝胶，再经过进一步处理即可得到产物1 2 3 t2 钔。如【2 5 】，先将硝酸钙和五氧化二磷配制 成醇溶液，然后把五氧化二磷溶液滴加到硝酸钙中，加热搅拌2 h ，静置变成白色透 明凝胶。将凝胶干燥后得到的粉末放在电热炉中煅烧，处理后得到h a p 粉体。 ( 4 ) 复分解反应法 浚方法是用可溶性硝酸钙盐和磷酸钙作原料f 2 6 1 ，经反应、陈化和分离等步骤制得 产物。此合成的原料都是可溶性的，所以较易判断反应进行的程度。 ( 5 ) 微乳液法 这是种新的方法，是在微乳液介质中合成羟基磷灰石【2 7 】。在此环境中，水相高 度分散在表面活性剂和助表面活性剂形成的油相溶液中，形成w o ( 油包水) 型反 应体系，此时体系中的水核就是被油相包围的微小智能反应器 2 8 - 3 0 l 。 如果微乳液的用量一定，随着反应物浓度的增大，则包含在水核中的反应试剂的 数目就会相应减少；如果保持反应物浓度不变，增加微乳液的用量，则单位体积油相 中的水核数目就会减少，包含在水核反应器中的相对原料就会增加，从而可以通过酾 节不同物质的用量来控制产品的尺寸和形貌，并可以根据需要对纳米粒子进行修饰和 改性。任卫口i 】等就在二己基琥珀酰磺酸钠一正辛醇一异辛烷所组成的微乳液中合成了挈 济南大学碗士学位论文 单分散的球形纳米羟基磷灰石颗粒，为了将液相分离，还加入无水乙醇进行破乳，并 对沉淀物分别用乙醇和丙酮进行洗涤。 随着科学的发展和实验条件的提高，人们开发了越来越多的制备羟基磷灰石的方 法，如电化学沉积法阢3 3 1 和自燃烧法，方佑龄【3 5 l 等从脱脂米糠中合成了羟基磷灰 石，也有人从珊瑚中提取了h a p t 36 1 ，鸡蛋壳中也有h a p t 3 7 1 。 在羟基磷灰石的制备过程中，产品的结晶情况和粒度大小将受到如下反应条件的 影响【3 8 4 0 】： ( 1 ) p h 值 当p h 值低于7 时，晶体的长大为控制步骤，形成晶核后，晶核能迅速变大从 而形成粒度较大的晶体；当p h 值较大时，晶核的形成成为控制步骤，在较短时间内 有大量的h a p 晶核在反应物表面形成，使得晶体来不及长大，最后形成粒度细小的 产物。 ( 2 ) 反应温度 由于基元形成的反应是放热反应所以当温度升高时，反应逆向进行，晶体的成 核速度就会减慢，从而制得晶粒粒度较大的产物。 r 3 ) 洗涤方法 洗涤方法对产物的团聚状态有较大的影响。用水洗涤只能除去一些可溶性杂质， 而且水与产物的结合力强，所以产品干燥后易发生硬团聚现象。用无水乙醇洗涤的粉 体比较松散，干燥之后颗粒较细。 ( 4 ) 煅烧温度 h a p 的合成过程是一个晶相转化过程，类似于有机反应中的过渡态。这嗣反应 物旧的晶型结构还没有被打乱，新的品型结构将要形成但还未形成。此时当煅烧温度 升高到一定程度才有可能实现物质内部晶型的转变，从而得到所需的产物。 如上所述就是常用的制各羟基磷坎石的方法和主要的影响因素，在工业化生产中 具体采用哪种方法，要视所拥有的原料，设备的规格，实验条件以及产品的用途决定。 由于羟基磷灰石的制备还要受到许多因素，例如，反应介质、起始反应物的性质、反 应物在起始时的钙磷比的影响，所以羟基磷灰石产物的实际组成是比较复杂的。为制 备纯的羟基磷狄石，许多方法如，高温、高压、延长时间或引入其它试剂、介质等措 施均在制备过程中被采用了，其目的就是为了使产物的c a p 达到1 6 7 ，即生成纯 的羟基磷耿4 - 】i o 羟基磷灰石吸附有机物质的研究 1 3h a p 的结构及吸附机理 由于羟基磷灰石对金属离子和生物大分子都具有良好的吸附性，这些年来。人们 列其吸附性能也做了大量的研究。随着吸附对象的不断扩大，其吸附机理也在不断地 深入。v e g a 4 1 1 研究了h a p 对钒的吸附情况；s u g i y a m a 等人【4 2 ，q 1 考察了羟基磷灰石对 水溶液中的p b 2 + 、c d 2 + 、c 0 2 + 、和c u 2 + 等金属离子的吸附机理。 羟基磷次石吸附无机物的机理可以根据其分子结构进行解释。h a p 晶体为六方 晶系，属p 6 3 m 空间群，其结构为六角柱体，与c 轴垂直的面是一个六边形a 、b 轴夹角为1 2 0 。，晶胞常数a = b = o 9 4 3 2 n m ，c = o 6 8 8 1 n m 。单位晶胞中含十个c a ”， 6 个p o 3 4 一和2 个o h 一。h a p 由很多六角柱状的单晶团聚而成。这种柱状晶体的横截 面为六边形，平行于晶胞的( a , b ) 面，称为c 表面；围绕柱体轴的六个侧面为矩形， 分别平行于晶胞的( a , c ) 面和( b , c ) 面，称口表面和b 表面( 口表面等同于b 表面) 。羟基 磷灰石的结构如图1 1 1 “1 和图l 一21 4 5 1 所示。 幽1 1t t a p 晶体的单位细胞 f i g u r e i it h eu n i tc e l lo f h y d r o x y a p a t i t ec r y s t a l 济南大学硕士学位论文 b ( 3 ) 图1 2 h a p 的晶体结构图 f i g u r e1 - 2t h e s t r u c t u r eo f h y d r o x y a p a t i t ec r y s t a l ( 1 ) c 8 l 离予。 ( 2 ) c a l l 离予：a 轴水平向右b 轴向纸里面一c 轴垂直向上。 ( 3 ) h a p 拒帆b ) i f | ：ii ：的投影。菱形表示一个晶胞，z = o 表示品胞的底部z = i 表示晶胞的顶部。z = o 和z = i ，2 的c a 离子称为c 啦离子，z = i 4 和3 4 的离子称为c a i i 离子。 从图中可看到o h 一位于晶胞的4 个角上# 1 0 个c a 2 + 分别占据2 种位置：4 个 c a 2 + 占掘c a ( 1 ) 位置，即z = 0 和z = 1 2 位置各2 个，该位置处于6 个0 组成的c a o 八面体的中心，而其他6 个位于三配位体的中心。6 个p o 四配位体分别位于z i 4 和z = 3 4 组成的的平面上，即z = i 4 和z = 3 4 位置各有3 个，这些p o ：一四面体 的网络使得h a p 结构具有较好的稳定性。 k a w a s a k i t 【4 6 1 提出h a p 表面主要存在两种吸附位置：当o h 一位于晶体的a ( 或b ) 表颟时，该位霞连着两个钙离子，在水溶液中，这个表面的o h 一位置至少在某一瞬 间空缺，由于两个钙离子带正电，形成一个吸附位置，称为c 位簧，c 位置能吸附p 0 7 、 大分子上的磷酸根基团或羧基基团。当c a 位于晶体的c 表面时，这个位置的一部分 连着六个带负电荷的o 原子，另一部分连着三个带负电荷的o 原子，在水溶液中， 表面的c a 位置至少在某一瞬间空缺，连着六个0 原子的c a 位置就形成了一个较强 的吸附位置，称为p 位胃，p 位置能吸附s r 2 + ，k + 等阳离子以及蛋白质分于土二的 些基团，而连着三个o 原子的c a 位置则形成个较弱的吸附位置。 羟基磷灰石吸附有机物质豹研究 自从羟基磷灰石柱色谱被认为是生物大分子分离纯化最有效的技术之一，被 t i s e l i us 4 v l 等人用于分离蛋白质以来，h a p 和有机物质的相互结合成为人们思考的热 点。人们已经研究了羟基磷灰石对短链有机物、高分子聚合物1 48 1 、唾液蛋白1 4 9 1 、接 触霉素、溶解霉素、蛋白质 5 2 4 4 1 的吸附。h a p 与无机离子( 如c a 2 + 和f 一) 的结合 是通过离子交换和表面吸附实现的。但是h a p 与有机物质的作用主要通过表面吸附。 k a n d o r i 【5 5 5 6 】系统的研究了h a p 对蛋白质的吸附，他认为h a p 对蛋白质的吸附是一 个物理过程，属于伪朗哥缪尔型，吸附过程中静电效应起到重要的作用，吸附量随着 p h 的减小、钙离子浓度的增大和磷酸根离子浓度的降低而增大。丽h a p 对有些蛋白 质( 如人体血清白朊) 的吸附，是在吸附质和吸附剂都带负电荷的情况下进行的，此时 吸附过程的推动力不再是静电引力，而是熵，因此蛋白质的结构重排、水化条件的改 变以及电解质的共吸附现象都对吸附产生着重要的作用。m k r e s a k1 5 7 1 认为，h a p 吸附低分子有机物时，通过分子末端的官能团与h a p 表面的吸附位置结合，分子轴 垂直于固体表面；而h a p 吸附高分子有机物时，通过侧链官能团与h a p 表面结合， 分子轴横在h a p 表谣上。如，h a p 吸附鸡蛋白酶时，虽然鸡蛋白酶带雁电荷，h a p 带负电荷，吸附剂和吸附质的表面电荷相反，但是当h a p 表面负电荷减小时，其吸 附量和吸附常数都增加，可见静电力所起的作用很小，吸附由h a p 表面某种特殊的 吸附位置所控制。这种吸附位置与h a p 的比表面积及表面结构有关。 根据以上大量的实验研究，得出h a p 吸附有机物的机理主要有以一f j k 点： ( 1 ) 物理吸附：h a p 表面和吸附质之间主要通过静电相互作用； ( 2 ) 化学吸附：h a p 表面和吸附质之间通过化学键而结合； ( 3 ) 通过c a 2 + 的吸附：c a 2 + 在同样带负电荷的h a p 和生物大分子之间起到了桥粱 的作用： ( 4 ) 通过氢键的结合：吸附质与h a p 晶格中的p 0 3 _ 或o h 一形成氢键： ( 5 ) 通过表面反应形成多层结构：特别是当蛋白质与h a p 表面反应时。 羟基磷狄石和生物有机物质的作用是个很复杂的过程，但是为了h a p 在医药研 制和生产，吸收色谱的使用，生物技术以及细胞科学的研究，传感器和诊断仪器的玎 发卜得到更广阔的应用，人们对这个过程开展了大量的研究，取得了显著的成果。 1 4 羟基磷灰石的发展方向 在合成方面，为了更好的发挥羟基磷灰石生物相容性的优点，纳米级羟基磷狄拍 济南大学硕士学位论文 的制各成为一个热点。纳米尺度是处于宏观与微观之间的一种状态，当任何材料用高 科技手段被细化到纳米级时，该材料的物化性能将会发生巨大的变化，产生出一些奇 异的物化现象，材料的强度、韧性和超塑性大为提高，热力学、光学、磁学和电学也 将受到很大的影响，呈现出与常规材料完全不同的性质由于表面界面效应、微粒尺 寸小、和量子隧道效应等，纳米级复合材料的性能优于同组分的复合材料 5 8 l 。煅烧方 法的改进，超声波的使用5 9 1 以及微乳液介质的加入1 ，都实现了纳米级羟基磷灰石 的合成，使它在医药方面的作用得到了更大的发展。在2 1 世纪，在生物材料和临床 应用飞速发展的阶段，人们还将从仿生原理、材料的力学性能和生物相容性的角度， 获碍具有特定功能的羟基磷灰石的生物复合材料。 在理论上，在人体生物环境作用下，人们将关注羟基磷狄石与周围组织界面上发 生的各种复杂反应，揭示其在生物体内的变化规律、界面状态、腐蚀程度等问题，同 时分析其所引起的生物体组织本身的微观变化，从而为合成性能更加良好的材料提供 数据基础。 由于羟基磷灰石植入人体后直接与人体相接触，因此对其化学稳定性、疲劳性能 和生物性能建立完善的综合评价标准将成为人们下个目标。由于对羟基磷狄石的研 究不仅仅局限于对材料本身的研究，还涉及到医学、物理、生物化学和现代高科技等 许多学科领域，因此对具有生物活性的羟基磷灰石的研究还涵盖了一个很大的科学范 围。 1 5 论文的工作设想和主要内容 本文在查阅大量文献资料的基础上，结合本实验室条件，拟以课题组自制的羟基 磷灰石为主要原料，研究水体系和微乳液体系中合成的羟基磷扶石对苯酚、人血清白 蛋白等有机物质的吸附情况，考察吸附酸度、温度、振荡时间和吸附质浓度等因素对 吸附量的影响，并结合扫描电镜和能谱分析检验羟基磷灰石的吸附性能。然后利用红 外光谱和紫外光谱技术研究羟基磷灰石对人血清白蛋白构象的影响。 本文所达到的预期目标是： l 、由于液相沉淀法具有