力-化學協同作用下納米磷灰石取向生長研究

《力-化學協同作用下納米磷灰石取向生長研究》是依託太原理工大學，由黃棣擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：力-化學協同作用下納米磷灰石取向生長研究
• 項目類別：青年科學基金項目
• 項目負責人：黃棣
• 依託單位：太原理工大學

項目摘要

硬組織（如骨、牙齒）中納米磷灰石有序取向排列，這種各向異性賦予其獨特的力學性能。儘管已有大量報導通過化學方法控制納米磷灰石取向生長過程，但尚未注意和重視力學的重要作用。因此，研究力-化學協同作用對納米磷灰石取向生長具有重要意義。本項目設計一套可對納米磷灰石生長過程同時施加力和化學環境的研究模型，並利用該模型探索力-化學環境對納米磷灰石取向生長的協同影響機制。本項目首先對聚醯胺高分子基體進行預處理，在醯胺基團原位獲得鈣結合位點，然後置於一定濃度的磷酸鹽溶液中，控制反應溫度、時間和pH值（化學環境），同時用 “四點彎曲”裝置對基體施加不同強度和頻率的作用力（力學環境），考察力-化學協同作用下納米磷灰石的微觀結構特性、納米力學特性和取向性，並初步探索其與細胞的相互作用。本項目對認識力-化學環境如何影響納米磷灰石取向動力學有重要意義，可為深入理解體內骨組織中納米磷灰石取向形成機理提供科學信息。

結題摘要

納米磷灰石的取向生長客群多化學因素的影響，關於力學因素影響的認識還不夠充分。本項目中，首先研究了基於聚醯胺高分子基體，不同化學因素的參與對納米磷灰石取向生長的影響，如聚醯胺的鈣化預處理，反應溫度、反應時間以及磷酸鹽溶液的濃度，研究表明，在一定的化學條件下，即氯化鈣（0.3 M）處理12 h後，90oC下浸入磷酸鹽溶液（0.02 M）反應24 h，可製得高度取向的棒狀納米磷灰石晶體陣列，並對納米磷灰石取向生長機理進行了闡述，細胞實驗表明，高度取向的納米磷灰石表面細胞正常粘附生長、增殖，具有較好的細胞相容性。同時利用自製的“四點彎曲”裝置對基體施加不同強度（振幅分別為0.1 mm，0.3 mm，0.5 mm）和頻率（頻率分別為0.5 Hz，1.0 Hz，1.5 Hz，2.0 Hz）的作用力，來控制納米磷灰石生長的力學環境，持續載入6 h，納米磷灰石呈片狀形成花狀團簇。對納米磷灰石取向生長的幾個關鍵因素可總結為：（1）基底的預處理，在基底表面製備一層鈣結合層，可為後續納米磷灰石的生長提供化學結合位點；（2）納米磷灰石生長的化學環境，一定的磷酸鹽濃度、反應溫度和反應時間對納米磷灰石成核、生長以及形貌的控制起了關鍵作用；（3）納米磷灰石生長的力學環境，一定的力學刺激對納米磷灰石取向生長有一定的促進作用。考慮到骨納米磷灰石正長的生理環境，納米磷灰石所形成的環境亦需要細胞的參與，將在未來研究計畫中深入探討細胞參與在納米磷灰石取向生長中的重要作用。