中国科学技术信息研究所--国家工程技术数字图书馆

[学位论文] 沈里瑞四川大学 2021年博士导师: 李国英共226页

摘要 : 生物矿化是大自然中广泛存在的一种现象，是指生物体在大分子的调控下离子在有机或者无机模板上形成生物矿物的过程。骨作为天然的生物矿物之一，是由矿化胶原纤维组成的具有多层级结构的有机/无机共混物。有机基质是由胶原和非胶原蛋白（NCPs）组成，... 展开生物矿化是大自然中广泛存在的一种现象，是指生物体在大分子的调控下离子在有机或者无机模板上形成生物矿物的过程。骨作为天然的生物矿物之一，是由矿化胶原纤维组成的具有多层级结构的有机/无机共混物。有机基质是由胶原和非胶原蛋白（NCPs）组成，无机矿物的主要成分是羟基磷灰石（HAP，Ca10(PO4)6(OH)2），此外还有硅、镁、锶和钠等微量元素的存在，其中硅已经被证明可以促进成骨细胞的增殖、黏附和分化以及骨的形成和发育。通过仿生矿化的方法可以制备接近天然骨组成和结构的矿化胶原材料，将硅引入生物矿化系统中结合纤维内矿化制备掺硅矿化胶原材料用于生物医学领域有着重要的意义。本论文首先探究了系统pH值对胶原自组装同步矿化过程的影响，了解胶原自组装和矿物形成之间的关系并优化体外仿生胶原矿化的基本条件；然后选用硅酸钠作为硅源，研究硅酸钠对于胶原聚集态结构和自组装行为的关系，以此为基础，通过仿生矿化过程制备掺硅矿化胶原材料，系统地研究了材料结构和性能的差异。鉴于骨的多层级结构以纤维内矿化胶原为基础，引入聚丙烯酸（PAA）作为NCPs模拟物，诱导胶原的纤维内矿化。基于此，结合纤维内和纤维外矿化方法制备了具有层级结构的掺硅复合矿化胶原材料，可以为设计和制备组成和结构接近天然骨的材料提供理论指导和科学依据。溶液的pH值已经被证明不仅会影响胶原自组装过程，而且会调控HAP的生成速率和含量。在胶原自组装同步矿化系统中，纤维和矿物的形成是同步发生的，探究pH值的影响对了解生物矿化的机理有着重要意义。首先通过Zeta电位分析了pH值（7.9-10.4）对于含有钙和磷的胶原溶液的表面电荷，结果表明pH值的增加可以促进胶原分子表面酸性氨基酸残基上的羧基的电离，增强胶原分子表面的负电荷。然后采用浊度法和X射线衍射（XRD）分析了矿化的过程，发现矿物从无定形状态转变为结晶态会引起吸光度的突然降低，从而在动力学曲线上产生波峰和波谷。并且pH的增加会促进钙离子和-COO-的螯合，导致矿物的结晶从胶原分子自组装的生长期延缓到平台期。红外光谱（FTIR）、XRD和扫描电镜（SEM）分析矿化材料的结构和形貌，发现矿物沉积在纤维的表面，为纤维外矿化，生成的矿物相为低结晶度的HAP，结合热重（TG）和电感耦合等离子发射光谱（ICP-OES）分析发现pH值的增加会促进矿物的形成和结晶，在9.4-10.4的范围内基本不变。通过定量分析羟脯氨酸（Hyp）含量发现当pH值低于8.9时，矿物在胶原分子重排阶段的快速结晶会明显抑制胶原自组装形成纤维，而pH值在9.4-10.4的范围内，矿物的结晶转变发在胶原自组装平台期，胶原纤维形成的过程主要受静电排斥力影响，增加pH值会抑制纤维的形成。采用质构仪和流变仪对矿化后形成的水凝胶的凝胶强度和动态粘弹性分析表明，pH值为9.4时制备的凝胶的强度和弹性模量较好。研究硅酸钠对于胶原分子的聚集态结构和自组装行为可以为制备掺硅矿化胶原材料提供理论依据和指导。首先分析了不同浓度（2-8mmol/L）硅酸钠的加入对于胶原结构的影响，聚丙烯酰胺凝胶电泳（SDS-PAGE）和FTIR分析结果表明硅酸钠的加入不会破坏胶原的三螺旋结构。然后通过芘荧光光谱和动态光散射（DLS）分析了硅酸钠加入后胶原聚集态结构的变化，结果表明低浓度（2mmol/L）硅酸钠的加入会降低胶原溶液微环境极性，增强胶原分子之间的疏水作用，促进胶原的聚集，但是持续增加硅酸钠的浓度会导致微环境极性的增加，促进胶原的分散。采用紫外分光光度计（UV）监测了胶原的自组装过程，发现2mmol/L的硅酸钠可以加快胶原的自组装速率，促进胶原成纤维，主要是由于胶原分子间疏水作用的增强所导致；而当浓度高于4mmol/L时，胶原分子的自组装速率和吸光度的变化随着浓度的增加而降低，说明自组装过程逐渐被抑制。通过SEM和原子力纤维镜（AFM）观察自组装之后的表面形貌发现，4mmol/L的硅酸钠对于自组装的抑制程度较低，仍然可以形成纤维，而6mmol/L以上浓度的硅酸钠会显著抑制胶原自组装形成纤维，以聚集体的形式存在。基于硅酸钠对于胶原自组装行为的影响研究，通过胶原自组装同步（FSM）或异步（FBM）矿物形成两种方式制备掺硅矿化胶原材料，并对比其组成、结构和形貌，从而筛选合适的工艺。通过hyp含量分析样品中的胶原含量，结果表明对于FSM方式来说，6mmol/L以上的硅酸钠浓度会抑制胶原纤维的形成，形成的胶原/矿物共混物中胶原纤维含量明显降低；而FBM方式通过延迟分步加入避免了高浓度硅酸钠对于自组装的影响，保证了纤维的形成。采用FTIR和XRD分析了对比了两种样品的结构，发现硅酸钠浓度在4mmol/L以上才能在共混物中有效地掺入硅，并且硅的掺入会抑制HAP的结晶。X射线光电子能谱（XPS）和元素分析（EDS）对硅的掺入进行了验证，并且随着硅酸钠浓度的增加，硅掺入的含量逐渐增加。SEM和透射电镜（TEM）对两种方式制备材料的微观形貌进行了观察，表明矿物主要分布在胶原纤维之间，为纤维外矿化，并且矿物在基质内的分布均一，硅元素的分布也很均匀。硅酸钠浓度的增加，会导致矿物含量逐渐增加，并且逐渐掩盖纤维的结构。特别地，对于FSM方式来说，高浓度的硅酸钠会影响纤维的形成，而FBM矿化中仍然可以观察到完整的胶原纤维，考虑FBM方式对于硅掺入矿化胶原材料构建来说更优。通过CCK-8和激光共聚焦实验可知，发现掺入和未掺入硅的材料具有良好的生物相容性。此外，通过碱性磷酸酶（ALP）活力的测定结果表明加入4mmol/L硅酸钠制备的掺硅矿化胶原材料和未添加硅酸钠的实验组相比更能促进大鼠骨髓间充质干细胞（BMSCs）的成骨分化。选用聚丙烯酸（PAA）作为NCPs模拟物，将其引入胶原自组装同步矿化系统，探究其分子量和浓度对于胶原矿化的影响，从而制备均匀的纤维内矿化胶原基质。首先采用Zeta电位、DLS和浊度动力学分析了PAA分子量和浓度对于ACP前驱体的表面电荷和稳定性，结果表明PAA的加入会使得ACP前驱体呈现显著的负电性，随着PAA分子量的增加，由于其长链的结构使得其在水中的运动活力降低，ACP前驱体的稳定性逐渐降低和粒径的逐渐增加；随着PAA浓度的增加，溶液中更多的钙离子被-COO-螯合，导致形成的ACP前驱体的稳定性增加和粒径的降低。采用FTIR和XRD对1、3和7天矿化后的样品的结构进行了分析，结果表明40mg/L的100和450kDa的PAA不能有效地稳定ACP前驱体，1天后就能矿化，而低分子量的PAA可以显著延缓HAP的生成和结晶速度，40mg/L时直到7天才矿化；对于每个分子量来说，提高PAA的分子量也可以延缓HAP的成核和结晶。SEM、TEM和TG分析1、3和7天矿化后的样品的微观形貌和矿物含量，结果发现高分子量的PAA在40mg/L时矿物主要分布在胶原纤维的表面和之间，沿着纤维的长轴方向生长，为纤维外矿化，然而40mg/L的2kDa的PAA可以有效地稳定前驱体，保证其向纤维内渗透和聚集，诱导纤维内矿化。提高PAA的浓度可以促进前驱体向胶原纤维内部渗透，诱导从纤维外到纤维内矿化的转变，但是和分子量密切相关。对于2kDa的PAA，＞80mg/L的浓度会导致前驱体过于稳定，7天后未矿化；100kDa的PAA需要80mg/L以上的浓度，才能实现纤维内矿化；而450kDa的PAA达到120mg/L才能实现纤维内矿化。基于前述章节对于掺硅矿化胶原材料和PAA诱导纤维内矿化的研究，采用纤维外或纤维内矿化结合纤维外矿化的方式制备掺硅复合矿化胶原材料。FTIR和XRD结果表明，复合矿化和单一矿化生成的矿物主要为HAP，多步复合矿化不会改变其结构，但是明显增加的HAP吸收峰表明生成的矿物相含量增加；此外，硅的掺入会降低HAP的结晶度，随着硅酸钠浓度的增加，Si-O-Si的TO3、TO2和TO1特征峰强度增加，表明硅掺入的含量增加。通过XPS和EDS对硅的掺入和含量的变化进行了验证，同时Ca、P和Si元素在基质中的分布均匀，表明多步的复合矿化方式不会导致基质的异质矿化。SEM和TEM观察单一和复合矿化材料的微观形貌发现，对于复合矿化的样品，复合的矿化方式使得矿物的含量明显增加，并且随着硅酸钠浓度的增加，矿物含量也有所增加，逐渐覆盖了胶原纤维的形貌。通过先纤维内矿化再纤维外矿化的方式相比纤维外复合纤维外矿化的方式可以实现天然骨骼多层级的结构。通过TG和灰分含量测定表明，复合矿化可显著提高矿化的程度，并且可以提高胶原纤维的热分解温度。综合CCK-8和激光共聚焦实验可知，发现掺入和未掺入硅的材料具有良好的生物相容性，矿物含量的增加会略微增加其毒性。此外，ALP活力的测定结果表明纤维内复合纤维外的材料相比纤维外复合纤维外的材料具有更好的促成骨分化能力，而且硅的掺入也有着促进成骨分化的作用。收起

关键词 : 掺硅矿化胶原材料纤维内矿化方法纤维外矿化方法成骨分化

2. 基于大孔介孔硅纳米粒子的仿生矿化前驱体转运系统的构建

[学位论文] 韦盛华中科技大学 2019年博士导师: 吴华共109页

摘要 : 目的: 骨缺损是临床上最常见的疾病之一，常由肿瘤、外伤、感染等疾病造成。大面积的骨缺损常常使用自体骨或者异体骨移植进行治疗。然而，受限于自体骨的有限来源和异体骨的吸收排斥反应等，开发更优的人工骨支架材料成为迫切需要解决的问题。在... 展开目的: 骨缺损是临床上最常见的疾病之一，常由肿瘤、外伤、感染等疾病造成。大面积的骨缺损常常使用自体骨或者异体骨移植进行治疗。然而，受限于自体骨的有限来源和异体骨的吸收排斥反应等，开发更优的人工骨支架材料成为迫切需要解决的问题。在骨组织工程中，常常使用支架材料为细胞生长提供3D环境，使用骨髓间充质干细胞和生长因子等作为成骨诱导补充剂进行骨再生的优化。但是大量使用生长因子如骨形态蛋白等已经被证实可能会带来如异位成骨、脂肪液化等不良影响，因此探索一种非生长因子类的材料作为成骨补充剂具有重要意义。随着人们对骨组织构成和形成过程认知的增加，基于胶原纤维的生物材料被广泛应用于骨组织工程中。骨组织是蛋白质、矿物质和胶原纤维等的混合物，由纤维内矿化的胶原纤维作为物理组织结构的第二层级，为骨组织提供了物理应力结构基础。在骨基质的研究中，通过使用多聚物诱导的液体样前驱体（polymer-induced liquid-precursor）生成无定形磷酸钙仿生矿化前驱体（ amorphous calcium phosphate biomineralization precursors ， ACP biomineralization precursors），能成功获得胶原纤维内矿化。在这个生物矿化的过程中，多聚物通过螯合饱和钙磷溶液中的钙离子和磷离子形成无定形磷酸钙仿生矿化前驱体。这种无定形磷酸钙仿生矿化前驱体通过粘附在胶原纤维上的特定位点渗透进入胶原纤维内部，进行结晶固化，最终形成沿着胶原纤维长轴排列的羟基磷灰石矿物晶体。这种无定形磷酸钙作为骨形成过程中的基本原料，除了具有促进胶原纤维内矿化的性能外，亦被证实可以调节细胞功能和组织分化。因此，这种无定形磷酸钙仿生矿化前驱体具有作为成骨补充剂的潜能。但是无定形磷酸钙仿生矿化前驱体的液态样特性限制了其原位矿化胶原纤维的局部使用，因此需要一种转运体系将其转运至特定部位以开发更多临床应用潜能。介孔硅（mesoporous silica nanoparticle，MSN）具有较好的生物相容性和客体负载性能，已经作为物质转运体系广泛运用于生物活性因子转运，也为转运仿生矿化前驱体提供了思路。在本实验研究中，通过合成羧基化的大孔径介孔硅，构建仿生矿化前驱体转运体系，对所制备材料的理化性能、诱导胶原纤维内矿化性能和机制以及体外成骨诱导性能进行研究，探索其作为成骨补充剂的应用潜能。方法: 实验主要概括为以下几个内容：一. 以合成的传统MCM-41型介孔硅为模板，利用扩孔剂三甲苯（TMB）进行孔径扩大，制备具有超大孔径的单分散介孔硅体系。利用3-氨基丙基三乙氧基硅烷（APTES）氨基功能化在介孔硅表面接枝氨基功能基团，然后使用琥珀酸酐（succinic anhydride）开环反应在介孔硅表面接枝羧基基团-COOH ，获得表面羧基功能化的大孔介孔硅(carboxylate-functionalized large pore mesoporous silica, CLMSN)。使用CLMSN负载聚丙烯胺盐酸盐(poly allylamine hydrochloride，PAH)介导的无定形磷酸钙（amorphous calcium phosphate，ACP）PAH-ACP，获得PAH-ACP@CLMSN。对合成步骤中所得的纳米粒子LMSN、CLMSN、和PAH-ACP@CLMSN进行物理化学表征分析，通过透射电镜（ transimission electron microscopy, TEM ）、能量色散X射线广谱检测（ energy dispersive x-ray spectroscopy, EDS ）、X-射线粉末（ powder X-Ray diffraction，XRD）、热重分析（thermogravimetric analysis, TGA）、zeta电位测试、傅里叶红外变换光谱分析（fourier transform infrared spectroscopy， FTIR）、光电子能谱分析（X-ray photoelectron spectrograph，XPS）、氮气吸附脱附实验（nitrogen adsorption and desorption experiment）综合验证表面羧基功能化及PAH-ACP的负载。二. 通过电感耦合等离子体原子发射光谱仪（ inductively coupled plasma optical emission spectroscopy，ICP-OES）测定纳米粒子中Si、P、Ca粒子的释放动力学以获得纳米粒子中仿生矿化前驱体的释放动力学，同时使用TEM对纳米粒子的生物降解性能进行检测。使用纳米粒子对 2D 胶原纤维进行仿生矿化，探索PAH-ACP@CLMSN系统中仿生矿化前驱体释放、粘附并进入胶原纤维内进行晶核反应获得胶原纤维内矿化的机制，并使用3D胶原海绵对PAH-ACP@CLMSN胶原纤维内矿化能力进行进一步验证。三.使用大鼠骨髓间充质干细胞（rBMSCs）和巨噬细胞系RAW264.7对不同浓度的LMSN和PAH-ACP@CLMSN进行生物相容性评价（ CCK-8法）。使用流式细胞仪检测PAH-ACP@CLMSN对rBMSCs细胞凋亡有无影响。通过检测LMSN和PAH-ACP@CLMSN纳米粒子对COL I、OPN、OCN、RUNX2基因、碱性磷酸酶活性、和细胞外钙化结节沉积的影响，初步判断其是否具有成骨诱导潜能。同时使用TEM、ICP-OES检测巨噬细胞对纳米粒子的吞噬作用。将FITC荧光颗粒整合至CLMSN中，对PAH-ACP@FITC-CLMSN粒子的摄取进行免疫荧光分析，检测纳米粒子对rBMSCs细胞骨架的影响。结果: 一. 在高温高压扩孔剂反应下，有效地获得了介孔直径约为14.88nm的大孔介孔硅纳米颗粒；成功对介孔硅表面进行了羧基功能化，这种羧基功能化不仅有利于PAH-ACP前驱体的负载，更为后续介孔硅在生物体系内应用的实验中展现优异的生物相容性打下基础。PAH-ACP前驱体能有效负载于CLMSN中，这将有利于后续胶原纤维矿化及成骨的应用。二. 仿生矿化前驱体的释放动力学曲线证明CLMSN能在溶液中有效转运和释放仿生矿化前驱体PAH-ACP，其释放的过程为10天内的快速释放和10-30天内的缓慢释放。PAH-ACP@CLMSN在胶原纤维外释放的仿生矿化前驱体通过侧向扩散、粘附在胶原上特定位点后进入胶原纤维内，进一步通过晶体成核反应进行胶原纤维内仿生矿化。这种仿生矿化转运体系对2D和3D胶原的纤维内矿化均有效。PAH-ACP@CLMSN的降解从早期即开始，大约60天后完成其降解，这种降解速率对于仿生矿化转运体系没有不良影响。三. 经羧基化改性后的PAH-ACP@CLMSN对大鼠骨髓间充质干细胞和巨噬细胞均具有优异的生物相容性，具有良好的生物学应用基础。巨噬细胞对PAH-ACP@CLMSN和LMSN的内化作用不需要特别的介质介导，在与细胞接触的早期即可产生内化作用。巨噬细胞对纳米粒子的内化作用未对巨噬细胞形态产生不良影响。大鼠骨髓间充质干细胞对PAH-ACP@CLMSN和LMSN的内化作用对细胞骨架细胞形态和细胞功能未产生不良影响。PAH-ACP@CLMSN相较于LMSN和未添加纳米粒子的空白组而言，能有效增加ALP活性、促进细胞外矿化结节的形成、促进成骨相关基因的表达，具有诱导骨髓间充质干细胞成骨分化性能。结论: 综上，PAH-ACP@CLMSN作为一种释放PAH-ACP仿生矿化前驱体的大孔纳米颗粒，兼具胶原纤维内仿生矿化和促进骨髓间充质干细胞成骨分化的性能，具有作为成骨相关组织工程中的成骨诱导补充剂的潜能。收起

关键词 : 骨组织工程支架材料羧基功能化大孔介孔硅无定形磷酸钙仿生矿化前驱体纤维内矿化

3. 大孔介孔硅纳米颗粒负载仿生矿化前驱体进行胶原纤维内矿化的研究

[学位论文] 罗小娟华中科技大学 2015年博士导师: 毛靖共122页

摘要 : 目的：近年的研究表明，胶原纤维内矿化能通过高聚物稳定的液体样矿化前驱体（polymer-induced liquid like precursor）的作用而达到。类似于聚天冬氨酸（polyaspartic acid，pAsp）或者聚丙烯酸（polyacrylic acid，PAA）这类的高聚物能模拟成... 展开目的：近年的研究表明，胶原纤维内矿化能通过高聚物稳定的液体样矿化前驱体（polymer-induced liquid like precursor）的作用而达到。类似于聚天冬氨酸（polyaspartic acid，pAsp）或者聚丙烯酸（polyacrylic acid，PAA）这类的高聚物能模拟成核抑制物的作用而形成稳定的液体样无定形磷酸钙颗粒前驱体（amorphous calcium phosphate precursor）。在一些需要获得胶原矿化的情况下，如骨缺损或者龋齿修复等，通过加入含有矿物质的材料来获得矿物离子的释放已经成为最常用的研究手段。然而这些报道中，由于缺乏成核抑制物而未能获得脱矿组织的有效的纤维内再矿化。迄今为止，也尚未有使直接使用矿化前驱体颗粒作为钙磷来源的报道。因此，如果能使用一种类似药物运输的策略，直接负载高聚物稳定的矿化前驱体，并将其释放在脱矿组织上，会有效促进胶原矿化从理论向应用的转换。归功于介孔硅纳米颗粒（mesoporous silia nanoparticles）独特的物理化学特征，介孔硅在生物医药领域的应用已经获得了长足的进步。大孔径介孔硅由于具有较大孔径，因而能负载大量的大分子药物，而并非仅将药物吸附于介孔表面。在此，我们报道了一种合成大孔介孔硅纳米颗粒（large pore mesoporou silica nanoparticles，LPMSN）的方法，在对其进行氨基化之后，能有效加载和持续释放高聚物PAA稳定的矿化前驱体。将此系统应用于单层重组胶原矿化，通过判断其促进胶原的纤维内矿化的能力来探索此系统在生物矿化应用领域的可行性。材料和方法：第一部分使用扩孔剂1,3,5-三甲苯(1,3,5-Trimethylbenzene，TMB)对初始合成的小孔径的介孔硅进行140℃高温高压下扩孔。在无水甲苯回流的条件下使用硅烷偶联剂3-氨基丙基三乙氧基硅烷（3-aminopropytriethoxylsilane，APTES）对LPMSN进行表面改性，获得氨基化的大孔介孔硅纳米颗粒（amine-functionalized mesoporous silica nanoparticle，AFMSN）。使用了一系列的物理、化学方法对接入氨丙基（aminopropyl group）功能基团的介孔硅纳米颗粒的内部物理结构以及化学结构进行表征，包括：透射电镜（transimission electron microscopy，TEM）、场发射透射电镜（field emission transimission electron microscopy，FTEM）、X-射线粉末（powder X-Ray diffraction，XRD）、热重分析（thermogravimetric analysis，TGA）、傅里叶红外变换光谱分析（fourier transform infrared spectroscopy，FTIR）、光电子能谱分析（X-ray photoelectron spectrograph，XPS）、固态核磁共振（solid-state nuclear magnetic resonance spectroscopy，SSNMR）、氮气吸附脱附实验（nitrogen adsorption and desorption experiment）以及zeta电位测试。第二部分通过使用聚丙烯酸与钙磷溶液获得仿生矿化模拟物稳定的无定形磷酸钙颗粒（PAA-ACP）溶液。将 AFMSN粉末与该溶液混合、吸附、离心清洗使用冷冻干燥技术冻干后获得含有 PAA-ACP复合物前驱体的介孔硅粉末，即PAA-ACP@AFMSN。 PAA-ACP@AFMSN粉末使用 TEM、 FTIR进行检测，并将PAA-ACP@AFMSN使用环氧树脂包埋后使用 FTEM检查并对其表面元素分布进行元素分布形貌描绘(elemental mapping)。将PAA-ACP@AFMSN粉末浸泡于HEPES缓冲液中，使用分光光度计法分别测定其钙、磷、硅元素在0.5、1、3、6、12、24、48、72、96、120h的释放，绘制曲线。第三部分使用小牛皮肤来源的I型胶原粉末进行单层胶原重组，并使用获得的重组I型胶原对从 PAA-ACP@AFMSN释放的前驱体的胶原纤维矿化的有效性进行检验。将PAA-ACP@AFMSN与HEPES溶液共混后获取上清，将重组的I型胶原网浸泡于上清中培养4天。将不同时间点的矿化胶原纤维进行纤维内矿化程度的TEM检查。这是一种间接测定无定形磷酸钙前驱体释放和直接检验PAA-ACP@AFMSN系统矿化胶原纤维有效性的办法。结果： 1.使用扩孔剂TMB能有效扩大孔径，最终获得平均孔径为14.56nm的大孔介孔硅纳米颗粒。硅烷偶联剂APTES的引入，成功地将氨丙基基团共价接枝于介孔硅的表面，并获得了表面正电荷的AFMSN。这种改性有利于后期负载负性PAA-ACP复合体。 2.通过吸附PAA-ACP复合体，成功获得了PAA-ACP@AFMSN。FTEM元素分布的检测证明 PAA-ACP@AFMSN内部含有丰富的钙磷元素。PAA-ACP@AFMSN中的钙、磷、硅元素的持续释放从三者的释放曲线中被证实。 3. PAA-ACP@AFMSN在溶液中释放的无定形磷酸钙前驱体能对重组胶原进行有效的矿化，这证明了钙磷释放曲线检测前驱体的有效性以及PAA-ACP@AFMSN这个系统具有向应用转化的潜能。结论：通过直接将仿生矿化无定形磷酸钙前驱体负载于氨基化的大孔介孔硅中，并对这种提前制作的前驱体对重组I型胶原生物矿化能力的检测，我们认为：使用PAA-ACP@AFMSN对重组I型胶原进行生物矿化的系统是有效可行的。这证实了将前驱体直接加载以及释放到生物脱矿组织的这种概念转变的成功。同时也证实了，将介导矿化的中间体在生物组织在原位进行持续释放是可行的，具有将骨骼、牙齿的原位生物矿化从概念向应用转化的巨大潜能。收起

关键词 : 生物合成无定形磷酸钙大孔介孔硅纳米颗粒纤维内矿化

4. 胶原/聚电解质复合体的构建及其仿生矿化机制研究

[学位论文] 宋群空军军医大学 2019年硕士导师: 牛丽娜共110页

摘要 : 在仿生矿化领域，如何通过人工合成的方法来模拟骨组织精妙的多分级矿化结构，进而形成具有与自然骨组织各项性能相媲美的硬组织缺损修复材料是当前的研究热点及难点问题。自然骨组织的矿化是无机矿物相在有机胶原基质内部有序沉积的过程，这一过程受... 展开在仿生矿化领域，如何通过人工合成的方法来模拟骨组织精妙的多分级矿化结构，进而形成具有与自然骨组织各项性能相媲美的硬组织缺损修复材料是当前的研究热点及难点问题。自然骨组织的矿化是无机矿物相在有机胶原基质内部有序沉积的过程，这一过程受到酸性非胶原蛋白的精密调控。受到这一过程的启发，国际上多个课题组利用聚羧酸类电解质模拟酸性非胶原蛋白的功能性区域，在体外实现了I型胶原的纤维内仿生矿化，并试图利用此类仿生矿化模型来揭示生物矿化的本质。然而，当前的仿生矿化研究所使用的有机模板均为裸露的、未经修饰的胶原支架材料，与自然骨组织中胶原纤维/非胶原蛋白聚合体的形式相距甚远；非胶原蛋白类似物游离于矿化溶液中，造成矿化效率低、周期长及矿化深度受限；体内流动的体液环境造成局部非胶原蛋白类似物无法达到有效浓度而诱发矿化。这些问题不仅限制了仿生矿化技术的临床转化，同时也降低了仿生矿化模型在生物矿化机制研究中的应用价值。为解决上述问题，本研究借鉴骨组织中胶原基质表面结合有大量非胶原蛋白的特点，将非胶原蛋白类似物——高分子量聚丙烯酸(high molecular weight polyacrylic acid, HPAA)通过共价结合的方式锚定在胶原纤维表面，构建出一种新型的胶原/聚电解质复合体。利用锚定在胶原分子表面的大量HPAA羧基官能团快速富集矿化液中的矿化前体，通过在胶原内外建立渗透压力差和电荷差，促使矿物质持续单向的进入胶原纤维内部，形成广泛的仿生纤维内矿化。从仿生矿化机制研究领域而言，胶原/聚电解质复合体高度模拟了骨组织中胶原有机质和非胶原蛋白的位置关系和相互作用关系，为体外探讨生物矿化的本质提供了一种更加仿生的模型；从组织工程支架材料领域而言，我们构建了一种具有自发诱导纤维内矿化作用的胶原支架材料，解决了非胶原蛋白类似物原位输送困难的问题，为临床骨缺损的修复奠定了理论基础并提供了新方向。 1.研究思路在第一部分实验中，我们优选两种富含羧酸的聚阴离子电解质——高分子量聚丙烯酸(HPAA)和低分子量聚丙烯酸(LPAA)作为非胶原蛋白类似物。以二维单层重组鼠尾胶原和三维重组I型胶原海绵支架为模型，通过碳二亚胺盐酸盐(EDC)和N-羟基琥珀酰亚胺(NHS)的交联作用实现胶原分子表面氨基与聚丙烯酸羧基的共价键和，在胶原表面引入大量羧基基团。并通过钌红/醋酸双氧铀双染色法在透射电镜(TEM)下观察确定胶原与聚电解质的结合位点。为从多个角度综合表征胶原/聚电解质复合体的各项理化性质，共价结合聚电解质前后，通过傅里叶变换衰减全反射红外光谱法(ATR-FTIR)检测胶原分子表面官能团的变化，Zeta电位检测胶原表面电势的变化，亚甲蓝吸附实验和TNBS实验定量分析胶原分子上胺基和羧基含量的变化，最后通过高效液相色谱法(HPLC)鉴定胶原与聚丙烯酸共价结合的化学键并检测稳定性。在第二部分实验中，我们以传统的仿生矿化方式为对照，检测新型胶原/聚电解质复合体诱发纤维内矿化的能力，并分析了其可能的机制。我们首先构建了不含非胶原蛋白类似物的超饱和钙磷溶液，并利用动态光散射(DLS)、Zeta电位分析及冷冻电镜技术对其进行表征，以传统仿生矿化所使用的HPAA稳定的钙磷溶液为对照，来探索不同类型矿化溶液的特征。进而通过TEM筛选出能够在不添加非胶原蛋白及其类似物的环境中自发诱导纤维内矿化的胶原/聚电解质复合体模型。利用不同的胶原类型反复验证该模型诱导纤维内矿化的有效性，证实该模型的普适性。最后，利用冷冻电镜和分子动力学模拟还原胶原、聚电解质、矿物质离子之间的空间及动态关系，探索三者之间的相互作用机制以及蕴藏其中的仿生矿化原理。在第三部分实验中，我们综合评价了胶原/聚电解质复合体纤维内矿化前后的理化性能、机械性能和生物相容性，为其在组织工程学中的应用奠定实验基础。我们利用X射线衍射(XRD)鉴定纤维内矿物质晶型，结合热重分析(TGA)检测材料的矿物质含量及热力学降解模式，采用动态傅里叶红外光谱法(Dynamic FTIR)追踪纤维内矿物质晶体形成过程，利用单轴压缩应力应变曲线测试及原子力显微镜检测材料的机械力学性能，通过MTT检测和流式细胞术初步评估材料的生物安全性。 2.实验结果第一部分胶原/聚电解质复合体的构建及表征 (1)在交联剂EDC和NHS的作用下，聚丙烯酸分子链上的羧基被大量活化，并与胶原分子氨基酸侧链上携带的胺基发生共价结合，形成表面携带大量功能性官能团的胶原/聚电解质复合体。 (2)钌红/醋酸双氧铀双染色结果可见共价结合聚丙烯酸的二维重组胶原表面有明显的丝状或团状阴影，甚至掩盖了胶原纤维特征性的横纹结构，通过这种阳离子染色法特异性地识别出胶原纤维上聚电解质的结合位点；FTIR结果显示共价结合聚丙烯酸后胶原分子特征性的酰胺Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ键及酰胺B键红外吸收峰显著增强；zeta电位分析结果表明由于聚丙烯酸的阴离子特性，显著降低了胶原/聚电解质复合体的zeta电位(胶原：-3.04±0.37mV，胶原/高分子量聚丙烯酸复合体：-17.17±1.98mV，胶原/低分子量聚丙烯酸复合体：-15.19±1.22mV，p均＜0.05)；亚甲蓝吸附实验和TNBS实验显示共价结合聚丙烯酸后，胶原分子上胺基含量显著减少而羧基含量显著增加(胶原：羧基含量0.460±0.017mM/g，胺基含量0.132±0.007mM/g；胶原/高分子量聚丙烯酸复合体：羧基含量1.907±0.084mM/g，胺基含量0.033±0.004mM/g；胶原/低分子量聚丙烯酸复合体：羧基含量1.807±0.035mM/g，胺基含量0.023±0.002mM/g，p均＜0.05)。 (3)HPLC结果证实胶原分子与聚电解质之间是通过共价键的方式结合，并且结合稳定性良好，材料长时间储存后未见聚电解质解离。为后续材料仿生矿化的探索提供了实验基础。第二部分胶原/聚电解质复合体诱导胶原纤维内矿化及其机制研究 (4)首先分别构建出两种仿生矿化液：超饱磷酸钙矿化液(CaP)和HPAA稳定的超饱磷酸钙矿化液(HPAA-CaP)。发现在缺乏非胶原蛋白类似物(HPAA)作为成核抑制剂的条件下，单纯的CaP极不稳定，钙离子、磷酸氢根离子迅速凝聚成粒径极大(955.4 nm)的晶体析出。相反，HPAA-CaP的粒径则稳定分布在小颗粒峰区(18.2nm和91.3nm)。而在胶原/聚电解质复合体存在的条件下，CaP溶液呈现三个离散的粒径峰区(15.7nm、78nm和1000nm)，说明胶原/聚电解质复合体有效稳定了周围的矿物离子不发生凝集，但在远离复合体的区域，溶液仍不稳定。 (5)通过TEM快速筛选出了能够在不额外添加聚电解质的环境中诱导自身纤维内矿化的胶原/聚电解质复合体模型——交联高分子量聚丙烯酸(HPAA)的胶原模型。并通过两种不同的胶原模型(三维重组胶原海绵和二维重组鼠尾胶原)反复验证了胶原/聚电解质复合体诱导纤维内矿化的有效性。 (6)利用冷冻电镜极速原位玻璃化技术还原了液相矿化前体的真实形貌，以及矿化前体与胶原纤维的动态关系。发现锚定在胶原表面的HPAA能够快速吸附周围的预成核簇(PNC)单体形成链状的PNC聚集体，同时在胶原周围还观察到离散的低电子致密度的无定形磷酸钙(Amorphous calcium phosphate,ACP)。根据其大小和高度含水特性，推测PNC单体、PNC聚集体以及ACP三种矿化前体均具有进入胶原纤维内的条件，而PNC聚集体不论是在数量上还是在与胶原的位置关系上均更占优势，因此进入胶原内部形成纤维内矿化的主要是大量的PNC聚集体。这一结果解决了当前国际上存在很大争议的矿化前体的形式及构成问题。 (7)通过分子动力学模拟搭建胶原/聚电解质复合体模型，从分子级别上探索胶原、聚电解质、矿物质三者间的相互作用。发现锚定在胶原表面的HPAA因分子量过大而无法进入胶原内部空间，同时因其自身具有显著阴离子特性而在纤维外环境中造成电荷和渗透压差异，胶原内部形成负压，构成了无定形矿化前体渗入纤维内的驱动力，也是纤维内矿化的关键环节。该结果为本课题组前期提出的仿生矿化Gibbs-Donnan平衡机制提供了有力佐证。第三部分胶原/聚电解质复合体诱导纤维内矿化的效果评价 (8)XRD鉴定结果证实仿生矿化后的胶原/聚电解质复合体所含矿物为羟基磷灰石晶体，热重分析检测表明矿化后的支架材料矿物质含量为77.03%，显著高于对照组的66.07%(p＜0.05)，说明材料在成分组成及矿物质含量上均高度接近自然矿化的骨组织。 (9)动态FTIR追踪矿化过程显示，相比于传统的仿生矿化方法，胶原/聚电解质复合体在矿化速度和程度上均有显著提高。有助于解决当前仿生矿化方式矿化周期长、矿化深度受限的问题。 (10)应力应变曲线结果显示仿生矿化后的胶原/聚电解质复合体韧性模量(352.7±81.4KPa)显著高于对照组传统仿生矿化胶原(266.7±121.5Kpa,p＜0.05)。同时，AFM结果显示矿化前的胶原、纤维外矿化的胶原、传统仿生纤维内矿化胶原、仿生矿化后的胶原/聚电解质复合体的杨氏模量依次升高，各组间差异均有统计学意义(p均＜0.05)，说明仿生矿化后的胶原/聚电解质复合体具有最佳的机械力学性能，其刚度、韧性及均一性均得到显著提高。 (11)MTT检测和流式细胞术显示相比于裸露的胶原海绵，共价结合聚电解质的胶原海绵未对MSC的活性、增殖和凋亡造成不良影响(p均＞0.05)，说明材料具有良好的生物相容性，为后续体内应用的探索奠定了良好的实验基础。 3.结论本研究通过模拟生物体内矿化胶原基质表面存在大量非胶原蛋白修饰的结构特征，利用聚电解质与胶原蛋白共价交联的方式，构建了一种新型胶原/聚电解质复合体材料；全面评价了其诱导纤维内矿化的效果，并深入探索其矿化机制。本研究一方面为仿生矿化理念解释生物矿化现象提供了良好的仿生模型，另一方面胶原/聚电解质复合体快速而均匀的矿化效果，有助于解决当前仿生矿化方式中矿化周期长、矿化深度受限的问题。更为重要的是，这种新的矿化方式解决了非胶原蛋白类似物原位输送困难的难题，为构建具有自发诱导纤维内矿化作用的骨缺损修复材料提供了全新思路。收起

关键词 : 骨再生材料仿生矿化纤维内矿化非胶原蛋白 Gibbs&ndash Donnan平衡共价结合间充质干细胞力学性能

5. 考古出土青铜器矿化机理与加固材料应用评价方法研究

[学位论文] 陈利纬郑州大学 2023年硕士导师: 陈家昌共137页

摘要 : 青铜器具有极高历史、艺术和科学价值，以其复杂的种类、独特的造型、精美的纹饰和内涵丰富的铭文而著称于世。考古出土的青铜器受埋藏环境及其他因素影响，出现程度不同的各类病害，其中以矿化问题较为突出。矿化青铜器的物理性能遭到破坏，整体酥松... 展开青铜器具有极高历史、艺术和科学价值，以其复杂的种类、独特的造型、精美的纹饰和内涵丰富的铭文而著称于世。考古出土的青铜器受埋藏环境及其他因素影响，出现程度不同的各类病害，其中以矿化问题较为突出。矿化青铜器的物理性能遭到破坏，整体酥松脆弱，急需进行加固保护处理。由于矿化青铜器加固材料的应用评价方法的研究较少，导致加固材料的选择缺乏针对性。因此，开展对矿化青铜器加固材料的系统性评价方法研究，建立矿化青铜器加固材料综合评价体系，是当前矿化青铜器保护急需解决的重要问题。首先，本文通过对矿化青铜器基本特征的梳理，初步阐明青铜器矿化机理。其次，本文归纳总结矿化青铜器的加固保护修复理念、加固工艺及材料性能、综合评价方法，采用层次分析法结合加权平均法、德尔菲法、组合数OWA算子赋权法，设计了矿化青铜器加固材料应用评价方法。评价体系由目标层、主因素层、指标层三个层次结构组成;主因素层包含能力保障性、技术成熟性、性能适用性和经济可承受性四项一级指标;指标层包含加固强度、渗透能力、附着能力、工艺便利性、环境友好性、可再处理性、色差、耐水性、耐老化性、经济性十项二级指标。评价体系实验及数据分析表明，使用评价体系进行测评的五种矿化青铜器加固保护材料，综合评价分值依次为:AMC-B72＞B72＞AMC＞OH100＞SF-016。丙烯酸凝胶与热塑性丙烯酸树脂复配剂AMC-B72、热塑性丙烯酸树脂B72、丙烯酸凝胶AMC、有机硅BSOH100的应用效果较好;水性丙烯酸乳液SF-016的应用效果较差;五种加固材料以复配剂AMC-B72的应用效果最佳。基于综合评价方法的应用结果分析，本文设计的矿化青铜器加固材料应用评价体系能系统地反应矿化青铜器加固材料的应用效果，满足全面定向准确选材的客观要求，可以为参与评价的加固材料在矿化青铜器上的应用提供数据支撑，使矿化青铜器加固材料的选择和应用更有针对性和规范性。收起

关键词 : 青铜器矿化加固保护评价方法保护材料

6. 白榴石的合成、机理和应用的研究

[学位论文] 张翼华南理工大学 2007年博士导师: 吴建青共141页

摘要 : 本论文研究了白榴石粉体的合成方法，分别采用高温熔融法、熔盐法、溶胶凝胶法和水热法合成了白榴石粉体。对合成过程中白榴石的析晶温度以及析晶过程中的相转变的过程进行了比较详细的研究。利用X射线衍射仪(XRD)、透射电子显微镜(TEM)、扫描电子显微... 展开

关键词 : 白榴石合成方法晶种矿化剂热处理析晶摩擦磨损

7. Ta基类钙钛矿化合物的合成、结构与性能研究

[学位论文] 张桂玲桂林理工大学 2009年硕士导师: 方亮共69页

摘要 : 本文以Ta基B位缺位类钙钛矿化合物为研究对象，其通式是AnBn-1O3n，其中n=4或5。分别通过A、B位同时取代和B位取代，研究了阳离子变化对材料的制备条件、结构和微波介电性能的影响，主要是Ta这种元素所带来的影响；同时研究了部分此类化合物粉末的光催... 展开本文以Ta基B位缺位类钙钛矿化合物为研究对象，其通式是AnBn-1O3n，其中n=4或5。分别通过A、B位同时取代和B位取代，研究了阳离子变化对材料的制备条件、结构和微波介电性能的影响，主要是Ta这种元素所带来的影响；同时研究了部分此类化合物粉末的光催化作用，主要讨论了Ta元素变化及其它外在条件对光催化活性的影响。采用高温固相法，在Ba1+xLa4-xTi4-xNbxO15的基础上，用Ta完全置换Nb，成功合成A5B4O15型的Ba1+xLa4-xTi4-xTaxO15(x=0～4)系列材料，并研究了置换对材料制备条件、结构、介电性能的影响；随着x的增加，Ba1+xLa4-xTi4-xTaxO15(x=0～4)陶瓷体的晶胞参数变大。在Ba3La2Ti2Nb2O15基础上通过B位Ta取代Nb，成功合成了Ba3La2Ti2Nb2-xTaxO15(x=0～2)系列固溶体，并研究了置换对材料制备条件、结构、介电性能的影响；随着x增加，Ba1+xLa4-xTi4-xTaxO15(x=0～4)陶瓷体和Ba2La2TiNb2-xTaO15(x=0～2)系列材料的介电常数和品质因数都有所下降，频率温度系数都出现了接近于零的点。采用高温固相法，在BaxLa4-xTi3-xNbxO12基础上，用Ta完全置换Nb，成功合成BaxLa4-xTi3-xTaxO12(x=1～3)系列材料，并研究了置换对材料制备条件、结构、介电性能的影响；随着Ta含量的增加，BaxLa4-xTi3-xTaxO12(x=1～3)陶瓷体的晶胞参数变大。在Ba2La2TiNb2O12基础上，通过B位Ta部分取代Nb，合成了Ba2La2TiNb2-xTaxO15(x=0～2)系列固溶体，并研究了置换对材料制备条件、结构、介电性能的影响。所有晶体颗粒的形貌大多呈长棒状，也有少部分呈六方柱状；随着x的增加，BaxLa4-xTi3-xTaxO12(x=1～3)陶瓷体的介电常数有所下降，品质因数却在上升，频率温度系数不断负向增长；Ba2La2TINb2-xTaxO15(x=0～2)体系的介电常数和品质因数都有所下降，频率温度系数不断负向增长。 Ba1+xLa4-xTi4-xTaxO15(x=1、2、3)三种粉末的光催化特性，通过降解酸性红来研究催化剂的活性。实验发现，随着Ta含量的增加，催化剂的催化活性依次提高，对于同一种催化剂粉末，颗粒越小，比表面积越大，催化效果越好，这主要是由于倦化反应基本都在催化剂表面发生；同样的条件，酸性红溶液的浓度越低，降解率越高；同样的条件，催化剂粉末的浓度取一个适宜的值，可是降解率达到最好，过高过低都会使降解率下降；红外图谱显示，催化反应的发生，并非是吸附脱色所致，催化剂可以循环使用。收起

关键词 : Ta基类钙钛矿化合物合成方法光催化活性

8. 碳酸钙仿生矿化以及氧化物介观晶体制备研究

[学位论文] 汪莎莎中国科学技术大学 2013年博士导师: 徐安武共93页

摘要 : 在过去的十几年，受自然界生物体内矿化过程的启发，人们对结晶过程的理解上了一个新的层次，即非经典结晶，包括无定形前驱体，定向搭接，介观转化等等。这种结晶方式为制备具有复杂形貌及有序超结构的可控无机材料提供了有效的合成策略。本论文围绕... 展开在过去的十几年，受自然界生物体内矿化过程的启发，人们对结晶过程的理解上了一个新的层次，即非经典结晶，包括无定形前驱体，定向搭接，介观转化等等。这种结晶方式为制备具有复杂形貌及有序超结构的可控无机材料提供了有效的合成策略。本论文围绕非经典结晶过程进行了一系列的研究，具体内容归结为以下三个部分: 1.无定形碳酸钙前驱体研究:海洋贻贝启发的柔性聚合物稳定无定形碳酸钙生物体在各种有机模板的存在下利用无定形物质作为复杂生物矿物的前驱体。本章中我们讨论了用多巴胺(DA)分子的聚合物来稳定无定形碳酸钙(ACC)纳米颗粒，DA是一种模拟贻贝的粘性蛋白质的仿生分子。DA分子聚合后形成的聚多巴胺(PDA)柔性链粘合在ACC颗粒上形成了ACC@PDA核壳球。我们可以通过调整DA分子的添加量来改变PDA壳的厚度从几个纳米到几百个纳米。PDA壳的厚度对ACC颗粒的稳定性有着很大影响，PDA壳越厚，ACC核越稳定。之所以ACC@PDA球具有高度稳定性，一部分是因为Ca2+和PDA之间的络合作用，PDA的聚合物网络链包裹并抑制了ACC的溶解，从而阻止了Ostwald熟化，一部分是因为PDA壳形成了一个孤立的限制空间，阻止了ACC颗粒之间的接触和融合，进而抑制了可能发生的固相转化。值得注意的是，在PDA的保护作用下，ACC@PDA粉末能稳定存在至少一年。 2.异结构碳酸钙仿生矿化研究:具有方解石赤道环和球霰石球体的碳酸钙异结构微米球自然界中很多生物体具有异结构的生物矿物，如水虎鱼的耳石就同时包括碳酸钙的三种晶型（方解石，球霰石和文石）。在这一章中，我们成功利用两种不同功能的添加剂制备出人造碳酸钙异结构微球体，该微球体由方解石的赤道环和球霰石的球体共同组成。关于该异结构碳酸钙微球体的形成，我们提出了一个合理的机理基于碳酸钙的非经典结晶过程，并探讨证明了所使用的两种功能性添加剂:聚合物（聚苯乙烯磺酸钠，PSS）和小分子酸（FA，叶酸）在碳酸钙异结构形成过程中不同反应阶段所起的单独作用和协同作用。我们期望我们的反应系统能够成为研究动力学和热力学在结晶过程中起到的共同作用的一个研究模型。 3.氧化物介观晶体研究:无模板法温和制备氧化锌介观晶体及其发光性能有很多例子使用仿生矿化方法成功制备了复杂的无机材料，然而在没有模板的存在下制备具有可控形貌尺寸以及高度有序的超结构的材料对于材料学家来说仍然是一个巨大的挑战。在此，我们使用了一种温和的溶液热法大范围制备出新型氧化锌介观晶体微球体，并没有添加任何模板。该介观晶体的形成是通过非经典结晶的方式，包括纳米片组装块的定向聚集和搭接。纳米六方片之间的内在偶极相互作用起到了驱动力的作用。因为反应系统中没有任何模板添加剂的存在，所以我们使用的有机溶剂正丙醇在晶体的生长过程中起到了重要作用并导致了最后的球型介观晶体。有趣的是，该氧化锌介观晶体在紫外光的激发下散发出黄光(560 nm)，样品在手提式紫外光源下的发光能够清晰可见。收起

关键词 : 非经典结晶氧化物介观晶体碳酸钙仿生矿化制备方法

9. 聚丙烯腈/CaCO3复合分离膜的矿化制备与性能研究

[学位论文] 陈晓娜浙江大学 2013年硕士导师: 徐志康共85页

摘要 : 近年来，仿生矿化材料由于其具有的优异的机械性能和生物相容性而备受关注。聚丙烯腈(PAN)是一类重要的膜材料，将矿化应用于PAN分离膜的改性具有重要科学和实用意义。本论文中，我们先对PAN膜矿化方法进行初步探讨，然后采用交替浸渍法(ASP)成功制备... 展开近年来，仿生矿化材料由于其具有的优异的机械性能和生物相容性而备受关注。聚丙烯腈(PAN)是一类重要的膜材料，将矿化应用于PAN分离膜的改性具有重要科学和实用意义。本论文中，我们先对PAN膜矿化方法进行初步探讨，然后采用交替浸渍法(ASP)成功制备了矿化PAN膜，研究了矿化膜的渗透和截留性能。对PAN膜矿化方法进行了探讨:在成膜过程中通过聚丙烯酸(PAA)链上-COO-与凝固浴中的Ca2+相互作用使Ca2+在膜中局部富集，然后进行矿化;一是直接沉积法，将得到的PAN膜浸泡在100 mM Na2CO3溶液中直接沉积矿化;二是气体扩散法，通过(NH4)2CO3分解CO2扩散进行矿化。采用场发射扫描电镜(FESEM)表征了膜表面和截面的形貌，用能量散射X射线(EDX)和X射线衍射仪(XRD)证实膜截面碳酸钙的沉积，结果表明这两种方法都难以有效制备PAN/CaCO3复合膜。用浸没沉淀相转化法(NIPS)制备PAN/PAA共混膜，用FESEM研究PAA含量对膜形貌的影响。将PAN膜（铸膜液浓度为12.5％，改变PAA含量）交替浸溃在CaCl2和Na2CO3溶液(ASP)中制备矿化膜，EDX和XRD结果共同证实膜截面成功沉积上大量碳酸钙。采用傅里叶变换红外光谱(FT-IR/ATR)和静态水接触角研究循环次数和溶液浓度对矿化结果的影响，测试了膜的纯水通量、膜对牛血清白蛋白(BSA)的吸附和截留能力以及对刚果红的截留能力。水接触角结果显示矿化能够提高膜表面的亲水性，水通量和刚果红截留结果则表明矿化后膜的通量和对刚果红的截留都大幅度提高，固定PAA含量为3.0 wt.％，改变铸膜液浓度，制备了一系列PAN膜。FESEM表征铸膜液浓度对膜形貌的影响。采用称重法粗略表征膜的孔隙率，对矿化前后的PAN膜进行水通量测试。测试矿化膜对三种染料分子（刚果红、天青Ⅱ和罗丹明B）的吸附和截留能力，最后测试了铸膜液浓度、操作压力和进料液浓度对矿化膜刚果红截留能力的影响。从FESEM观察到提高铸膜液浓度膜会使膜变得更致密、孔隙率降低。研究结果表明，矿化能够提高膜的纯水通量，矿化膜对刚果红表现出良好的截留性能。收起

关键词 : 染料废水聚丙烯腈分离膜矿化方法交替浸渍法纯水通量

10. 壳聚糖支架制备过程中的改性处理研究

[学位论文] 张其荣浙江大学 2012年硕士导师: 胡巧玲共79页

摘要 : 本课题组利用壳聚糖的氨基在稀酸中阳离子化和再加碱溶液中和会凝胶化的特点制备三维有序壳聚糖支架。为了进一步的改进其强度、降解、稳定性、以及羟基磷灰石的结晶性能等以满足骨组织修复的需要。本文从不良溶剂对壳聚糖基体的影响方面出发，对壳聚... 展开本课题组利用壳聚糖的氨基在稀酸中阳离子化和再加碱溶液中和会凝胶化的特点制备三维有序壳聚糖支架。为了进一步的改进其强度、降解、稳定性、以及羟基磷灰石的结晶性能等以满足骨组织修复的需要。本文从不良溶剂对壳聚糖基体的影响方面出发，对壳聚糖存在的三个状态进行了研究：1)溶液态、2)凝胶态和3)支架态。 (1)首先研究了壳聚糖乙醇溶液的流变学性质。壳聚糖乙醇溶液随着乙醇含量的增加，先是向牛顿流体转变，而后又开始偏离牛顿流体，表现为流体指数的先增加后减小，这与粘度和凝胶点的变化一致。 (2)本文以壳聚糖和羟基磷灰石前躯体为原料采用了原位沉析法制备了壳聚糖/羟基磷灰石复合凝胶，并用乙醇和丙三醇对其进行了处理。支架的表面形貌变得粗糙，微孔增加，有大量的纳米羟基磷灰石结晶(宽度为25～180nm，长度为50～500nm)分布于基体中。与未处理的支架相比，乙醇处理的支架孔径降低、分布均匀；丙三醇处理的支架孔径类似与未处理支架，随羟基磷灰石的含量增加孔隙率却增加，在湿态环境下的力学强度增强。而且处理过的两种支架共同的特点是热稳定性降低，吸水率明显提高，体外的降解速率降低，细胞生长增殖状态良好。 (3)通过氢氧化锂和尿素的混合溶液成功地制备一种具有自发形成凝胶的壳聚糖溶液。随着壳聚糖溶液浓度和温度的升高，这种趋势越明显，形成凝胶的时间越短。用6%硫酸溶液可诱导壳聚糖碱溶液快速凝胶，制备了具有明显层状结构和孔连通性优良的支架，其表面具有凹凸起伏的粗糙形貌。通过模拟生物矿化，该支架表面生成了块状的羟基磷灰石结晶，具有促进成骨细胞在支架表面的粘附的作用和刺激细胞活性的特点。收起