羟基磷灰石（HA）涂层的制备研究
目 录
1 引言1
1.1 羟基磷灰石的研究背景和意义1
1.2羟基磷灰石的研究现状2
1.3 羟基磷灰石的制备方法3
1.4 选题的目的和意义6
2 实验7
2.1 原料与仪器7
2.2 实验准备7
2.3 实验过程8
2.4 样品的表征10
3 实验分析12
3.1 扫描电子显微镜（SEM）观察12
3.2 红外光谱分析（FTIR）13
3.3 接触角分析14
3.4 生物相容性分析15
结论 17
致谢 18
参考文献19
1 引言
羟基磷灰石（HA）是人体和动物骨骼的主要无机成分，广泛存在于人类的骨骼和牙齿中，它具有良好的生物活性和生物相容性，植入体内安全无毒，并且还能与骨形成较强的活性连接，植入骨组织后能在界面上与骨形成很强的化学结合，在体液的作用下，会发生降解，游离出钙和磷，并被人体组织吸收利用生长出新的组织，有骨传导和骨诱导性，因此羟基磷灰石成为目前植入材料研究热点。
1．1 羟基磷灰石的研究背景和意义
近些年在生物涂层领域的研究中，如何寻找出一种既具有优良生物性能的，同时还要具有良好力学性能的材料，并通过一定的方法制备出表面均匀致密、结合力较高的涂层是确保人工假体能否真正应用于临床的一个关键的影响因素。比如，普通的金属接骨板不仅对固定的骨段具有强大的应力遮挡作用，而且对于骨组织的生长不存在诱导及引导作用。
羟基磷灰石(HA)涂层钛板对于固定的骨段既起到了固定的作用，而且HA涂层还可以引导骨组织的再生，使早期内、外骨痂 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: *351916072*
迅速增生，并且在体液的作用下，还会发生降解，游离出钙和磷，并被人体组织吸收利用生长出新的组织。
1．2 羟基磷灰石的研究现状
1.2.1 钛合金表面涂覆HA生物陶瓷涂层研究进展
随着现代医学和材料制备技术的飞速发展，人造骨骼等医用材料的市场不断的扩大。由于医用材料应用环境的特殊性，因此对生物医用材料的生物活性、材料力学性能等都有比较严苛的要求。
钛合金因为具有良好的力学性能和加工性能被广泛的应用在了人体硬组织的修复或植入材料，但是因为钛合金的生物相容性和生物活性相对较差，如果直接单一的使用它来代替人体骨骼的话，有可能会使人体产生免疫排斥反应，另一方面钛合金的腐蚀也会对人体造成一些伤害。
为了改善这个缺点，科学家们利用材料表面处理技术将羟基磷灰石生物陶瓷材料涂覆在钛合金等金属基体的表面，形成羟基磷灰石生物陶瓷涂层材料[1]。将羟基磷灰石生物陶瓷涂层涂覆在钛合金表面不仅可以使钛合金表面具有良好的生物活性和生物相容性，同时还可以克服羟基磷灰石力学性能差的缺点，两者结合的话，可以充分发挥出羟基磷灰石和钛合金材料各自的优点，克服各自的缺点，较好的满足临床应用的需要。
1.2.2 在环境功能材料方面的应用
羟基磷灰石因为其自身具有良好的离子吸附性和交换性，所以被认为是一种新型的环境功能材料。
羟基磷灰石可以开发成一种优质的无机离子晶格吸附与交换材料，用来治理废水和回收有价值元素。在这个理论的基础上，刘羽等做了一些天然磷矿石和人工合成羟基磷灰石处理废水中Pb2＋、Cd2＋、Cr2＋、Fe2＋、[UO2]2＋、Cu2＋、Zn2＋、Hg2＋的实验，结果表明磷灰石对绝大多数重金属离子去除效果较好，在室温和pH值为3，作用60min的条件下，Pb2＋的去除率可高达99.4％，饱和吸附量超过1100mg/g，对Cd2＋的去除效果也很显著[2]。去除废水中离子的机理主要包括吸附作用、表面的络合、溶解-沉淀以及重金属离子与晶格中离子的相互交换。一般来说，被吸附的重金属离子会在晶格中间产生固化，不会再次造成污染。
对人体来说，羟基磷灰石无毒无害的，因此，可以在食品工业中使用，并且还具有很高的安全性，另外，羟基磷灰石可以很好的吸附氟离子和绝大多数重金属离子，预防造成二次污染，用羟基磷灰石作为吸附剂来纯化饮用水是一种很好的选择。羟基磷灰石还能够接受NaOH和HCl的处理，并且分离纯化时所需的PH值要求不高，可以在很大的范围内进行。为了操作流程的简易，可以把羟基磷灰石的粉末用于柱层析。羟基磷灰石的颗粒越细，离子交换效果越好，但颗粒不能太细，否则容易发生堵塞的情况，这大大增加了后期过滤和残渣处理的难度[3]。
1.2.3 纳米羟基磷灰石在生物医学上研究进展
纳米羟基磷灰石是一种性能优良的无机陶瓷材料、同时具有独特的生物学活性。纳米羟基磷灰石粒子的大小为1～100nm，由于其尺寸小，与普通的羟基磷灰石相比具有溶解度较高、比表面积大、表面能较大的优点，因而具有更好的生物学活性。它与原有传统骨材料的最大区别在于修复后的骨和人体骨完全一样，不会在体内留下植人物。
另一方面，羟基磷灰石粒子有良好的组织相容性、无毒、无免疫原性，生物粘附性强而且还能结合和传递大分子药物，吸附药物量大，能够作为药物载体来使用。羟基磷灰石作为药物载体能提高药物在生物膜中的透过性，有利于药物透过皮肤吸收并发挥在细胞内的药效[4]。此外，纳米羟基磷灰石在生成过程中很方便引入放射性元素，可用于癌细胞的灭活。
1．3 羟基磷灰石的制备方法
目前制备羟基磷灰石粉末的方法有很多，主要有湿法溶胶-凝胶法、水热法、沉淀法、干式法、激光熔覆法、等离子喷涂法、电化学沉积法、仿生合成法等。其中，激光熔覆法、等离子喷涂法可以制备厚涂层，而溶胶-凝胶法、电化学沉积法、仿生合成法可以制备薄涂层。
1.3.1 溶胶-凝胶法
溶胶-凝胶法是以适当的前驱物配成溶胶，一般利用金属无机盐或金属醇盐，在水或醇溶剂中发生水解或醇解反应，形成均匀的溶胶，然后通过溶剂的挥发以及热处理等方式，使溶胶体系转变成网状结构的凝胶状态，再经过一些后处理的工艺方法，从而形成HA晶体[5]。童义平等[6]探索用溶胶-凝胶法制备羟基磷灰石的工艺条件，用硝酸钙和磷酸三丁酯为反应原料，进行对比实验，优化得到的条件为溶液PH值控制在8左右，烧结温度控制在950℃以上，恒温时间控制在2.5～4.5小时。
溶胶-凝胶法是近些年来才发展起来的新方法，已经引起了广泛的关注。找到合适的、能够合成最终的羟基磷灰石的溶胶-凝胶体系是其合成的关键。其原理是：将醇盐溶解在选定的有机溶剂中，在其中加蒸馏水使醇盐发生水解、聚合反应后生成溶胶，再将Ca2+溶胶缓慢滴加到(PO4)3-溶胶中，加水变为凝胶，凝胶经老化、洗涤、真空状态下低温干燥，得到干凝胶，再将干凝胶高温锻烧，就得到羟基磷灰石的纳米粉体[7]。
这种方法的优点在于：合成及烧结温度低、可以在分子水平上混合钙磷的前驱体使溶胶具有高度的化学均匀性，并且是对PH没有要求的。缺点是化学过程比较复杂、醇盐原料价格昂贵、有机溶剂毒性大，对环境易造成污染等。这种方法可以生成Ca/P比不同的HA，生成的HA粉体可用作生物陶瓷、环境材料、催化、色谱等领域。
等离子喷涂法是就目前而言来说制备HA涂层最成功的，也是目前临床研究较为成熟的，应用最为广泛的方法，并且被广泛投入到了商业应用领域。
1 引言1
1.1 羟基磷灰石的研究背景和意义1
1.2羟基磷灰石的研究现状2
1.3 羟基磷灰石的制备方法3
1.4 选题的目的和意义6
2 实验7
2.1 原料与仪器7
2.2 实验准备7
2.3 实验过程8
2.4 样品的表征10
3 实验分析12
3.1 扫描电子显微镜（SEM）观察12
3.2 红外光谱分析（FTIR）13
3.3 接触角分析14
3.4 生物相容性分析15
结论 17
致谢 18
参考文献19
1 引言
羟基磷灰石（HA）是人体和动物骨骼的主要无机成分，广泛存在于人类的骨骼和牙齿中，它具有良好的生物活性和生物相容性，植入体内安全无毒，并且还能与骨形成较强的活性连接，植入骨组织后能在界面上与骨形成很强的化学结合，在体液的作用下，会发生降解，游离出钙和磷，并被人体组织吸收利用生长出新的组织，有骨传导和骨诱导性，因此羟基磷灰石成为目前植入材料研究热点。
1．1 羟基磷灰石的研究背景和意义
近些年在生物涂层领域的研究中，如何寻找出一种既具有优良生物性能的，同时还要具有良好力学性能的材料，并通过一定的方法制备出表面均匀致密、结合力较高的涂层是确保人工假体能否真正应用于临床的一个关键的影响因素。比如，普通的金属接骨板不仅对固定的骨段具有强大的应力遮挡作用，而且对于骨组织的生长不存在诱导及引导作用。
羟基磷灰石(HA)涂层钛板对于固定的骨段既起到了固定的作用，而且HA涂层还可以引导骨组织的再生，使早期内、外骨痂 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: *351916072*
迅速增生，并且在体液的作用下，还会发生降解，游离出钙和磷，并被人体组织吸收利用生长出新的组织。
1．2 羟基磷灰石的研究现状
1.2.1 钛合金表面涂覆HA生物陶瓷涂层研究进展
随着现代医学和材料制备技术的飞速发展，人造骨骼等医用材料的市场不断的扩大。由于医用材料应用环境的特殊性，因此对生物医用材料的生物活性、材料力学性能等都有比较严苛的要求。
钛合金因为具有良好的力学性能和加工性能被广泛的应用在了人体硬组织的修复或植入材料，但是因为钛合金的生物相容性和生物活性相对较差，如果直接单一的使用它来代替人体骨骼的话，有可能会使人体产生免疫排斥反应，另一方面钛合金的腐蚀也会对人体造成一些伤害。
为了改善这个缺点，科学家们利用材料表面处理技术将羟基磷灰石生物陶瓷材料涂覆在钛合金等金属基体的表面，形成羟基磷灰石生物陶瓷涂层材料[1]。将羟基磷灰石生物陶瓷涂层涂覆在钛合金表面不仅可以使钛合金表面具有良好的生物活性和生物相容性，同时还可以克服羟基磷灰石力学性能差的缺点，两者结合的话，可以充分发挥出羟基磷灰石和钛合金材料各自的优点，克服各自的缺点，较好的满足临床应用的需要。
1.2.2 在环境功能材料方面的应用
羟基磷灰石因为其自身具有良好的离子吸附性和交换性，所以被认为是一种新型的环境功能材料。
羟基磷灰石可以开发成一种优质的无机离子晶格吸附与交换材料，用来治理废水和回收有价值元素。在这个理论的基础上，刘羽等做了一些天然磷矿石和人工合成羟基磷灰石处理废水中Pb2＋、Cd2＋、Cr2＋、Fe2＋、[UO2]2＋、Cu2＋、Zn2＋、Hg2＋的实验，结果表明磷灰石对绝大多数重金属离子去除效果较好，在室温和pH值为3，作用60min的条件下，Pb2＋的去除率可高达99.4％，饱和吸附量超过1100mg/g，对Cd2＋的去除效果也很显著[2]。去除废水中离子的机理主要包括吸附作用、表面的络合、溶解-沉淀以及重金属离子与晶格中离子的相互交换。一般来说，被吸附的重金属离子会在晶格中间产生固化，不会再次造成污染。
对人体来说，羟基磷灰石无毒无害的，因此，可以在食品工业中使用，并且还具有很高的安全性，另外，羟基磷灰石可以很好的吸附氟离子和绝大多数重金属离子，预防造成二次污染，用羟基磷灰石作为吸附剂来纯化饮用水是一种很好的选择。羟基磷灰石还能够接受NaOH和HCl的处理，并且分离纯化时所需的PH值要求不高，可以在很大的范围内进行。为了操作流程的简易，可以把羟基磷灰石的粉末用于柱层析。羟基磷灰石的颗粒越细，离子交换效果越好，但颗粒不能太细，否则容易发生堵塞的情况，这大大增加了后期过滤和残渣处理的难度[3]。
1.2.3 纳米羟基磷灰石在生物医学上研究进展
纳米羟基磷灰石是一种性能优良的无机陶瓷材料、同时具有独特的生物学活性。纳米羟基磷灰石粒子的大小为1～100nm，由于其尺寸小，与普通的羟基磷灰石相比具有溶解度较高、比表面积大、表面能较大的优点，因而具有更好的生物学活性。它与原有传统骨材料的最大区别在于修复后的骨和人体骨完全一样，不会在体内留下植人物。
另一方面，羟基磷灰石粒子有良好的组织相容性、无毒、无免疫原性，生物粘附性强而且还能结合和传递大分子药物，吸附药物量大，能够作为药物载体来使用。羟基磷灰石作为药物载体能提高药物在生物膜中的透过性，有利于药物透过皮肤吸收并发挥在细胞内的药效[4]。此外，纳米羟基磷灰石在生成过程中很方便引入放射性元素，可用于癌细胞的灭活。
1．3 羟基磷灰石的制备方法
目前制备羟基磷灰石粉末的方法有很多，主要有湿法溶胶-凝胶法、水热法、沉淀法、干式法、激光熔覆法、等离子喷涂法、电化学沉积法、仿生合成法等。其中，激光熔覆法、等离子喷涂法可以制备厚涂层，而溶胶-凝胶法、电化学沉积法、仿生合成法可以制备薄涂层。
1.3.1 溶胶-凝胶法
溶胶-凝胶法是以适当的前驱物配成溶胶，一般利用金属无机盐或金属醇盐，在水或醇溶剂中发生水解或醇解反应，形成均匀的溶胶，然后通过溶剂的挥发以及热处理等方式，使溶胶体系转变成网状结构的凝胶状态，再经过一些后处理的工艺方法，从而形成HA晶体[5]。童义平等[6]探索用溶胶-凝胶法制备羟基磷灰石的工艺条件，用硝酸钙和磷酸三丁酯为反应原料，进行对比实验，优化得到的条件为溶液PH值控制在8左右，烧结温度控制在950℃以上，恒温时间控制在2.5～4.5小时。
溶胶-凝胶法是近些年来才发展起来的新方法，已经引起了广泛的关注。找到合适的、能够合成最终的羟基磷灰石的溶胶-凝胶体系是其合成的关键。其原理是：将醇盐溶解在选定的有机溶剂中，在其中加蒸馏水使醇盐发生水解、聚合反应后生成溶胶，再将Ca2+溶胶缓慢滴加到(PO4)3-溶胶中，加水变为凝胶，凝胶经老化、洗涤、真空状态下低温干燥，得到干凝胶，再将干凝胶高温锻烧，就得到羟基磷灰石的纳米粉体[7]。
这种方法的优点在于：合成及烧结温度低、可以在分子水平上混合钙磷的前驱体使溶胶具有高度的化学均匀性，并且是对PH没有要求的。缺点是化学过程比较复杂、醇盐原料价格昂贵、有机溶剂毒性大，对环境易造成污染等。这种方法可以生成Ca/P比不同的HA，生成的HA粉体可用作生物陶瓷、环境材料、催化、色谱等领域。
等离子喷涂法是就目前而言来说制备HA涂层最成功的，也是目前临床研究较为成熟的，应用最为广泛的方法，并且被广泛投入到了商业应用领域。
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