纳米羟基磷灰石的生物启发合成及其性能研究

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纳米羟基磷灰石(nano-Hydroxyapatite,简称nHA)材料,由于化学成分和纳米尺寸都与生物骨相似,使其生物性能大大增加,因而成为一种广泛应用的生物医用材料。蛋白质在生物医用材料表面的吸附是植入材料进入生物体内发生的首要过程,蛋白吸附和对细胞的影响是探明生物材料生物学效应的基本问题。同时,作为一种新型的离子交换材料,纳米羟基磷灰石以其特殊的晶体化学结构、较强的离子交换和吸附性能以及高效、廉价、不易产生二次污染的优点,使其在含氟和重金属废水的治理方面成为一种最具应用前景的环境功能矿物材料。   本论文采用生物启发合成的方法,在常温、常压等温和的条件下合成了nHA。通过透射电子显微镜(TEM)、扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射(XRD)和傅里叶变换红外光谱(FTIR)等对产物进行表征,并分析其形貌、结构和组成,表征结果可知产物为形貌统一、分散均匀、长约100 nm、宽约10 nm的纳米羟基磷灰石晶体。   分析了不同条件下nHA在牛血清蛋白(BSA)中的吸附情况。由实验结果可知,在吸附反应的初始阶段,吸附量会随着吸附时间的增加迅速增大,60 min时吸附量达到最大并且随后增长趋势趋于平缓;随着温度的增加,nHA对BSA的吸附量反而减小;溶液的离子强度增大,nHA对BSA的吸附量也增大;随着BSA初始浓度的增加吸附量增大,并且在37℃条件下,吸附平衡符合Langmuir吸附等温模型,其饱和吸附容量为165.29 mg/g。   用CCK-8法检测nHA对MH-S小鼠肺泡巨噬细胞增殖的影响。结果显示,5、10、20、40、80、100μg/mL各浓度的nHA悬浮培养液对此细胞的生长、增殖几乎无抑制作用,毒性分级证明该材料对此细胞无毒性。   采用批量吸附平衡法考察了合成的nHA对水溶液中氟离子的去除效应。结果表明,F-去除率最初随着接触时间的增加而增加,一定时间后达到吸附平衡;F-去除率随着周围pH值的增加而减小,随着吸附剂nHA量的增加而增加,随着溶液中F-的起始浓度的增加而减小,并且随着温度的升高而增加。吸附等温线的研究表明此吸附更符合Langmuir吸附等温模型。实验结果说明生物启发合成的纳米羟基磷灰石能够有效的吸附水中氟离子,在环境修复方面有广阔的应用前景。
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