电沉积壳聚糖、羟基磷灰石及其二元混合物的机理研究

发布时间：2020-06-02 09:37

【摘要】：具有壳聚糖（CS）和羟基磷灰石（HA）涂层的骨植入材料的表面形貌极大地影响着细胞的黏附和生长、新组织的形成与取代。电沉积生物大分子及矿物质膜构建生物材料功能表面之技术越来越受到青睐，本文在电泳沉积壳聚糖以获得纳米结构表面时，，通过找寻到高定向裂解石墨（HOPG）这一具有原子级平整表面的导电材料作为阴极，排除了金属阴极表面的不平整对电沉积CS的影响，初步探讨出CS电沉积的本身特性及微观机理。采用SEM、TEM、AFM和XRD等表征手段对沉积物表面进行分析。结果表明：经过电泳沉积，CS的（110）晶面结晶峰显著提高，CS的微观结构具有三个层次的定向排列：薄层中的纳米级的分子聚集体的平行排列并组成长条状、这些微米级的长条状结构的平行排列且之间存在的“桥接”结构和沉积物较厚时存在于沉积物表面的的微米级的花簇状结构排列。这是首次寻找到电泳初始阶段的CS分子聚集体的平行排列和沉积时间较长得到的CS花簇状结构的生长模式和表面特征。为探索羟基磷灰石在含碳基体上电化学沉积，本文也采用了高定向裂解石墨片作为阴极材料，探索出了电沉积时间、溶液pH值及溶液浓度对沉积层成分和形貌的影响，利用TEM、SEM、AFM及EDS等方式进行表征分析，并初步探讨了羟基磷灰石电沉积机理。电化学沉积的沉积物表面为多孔状结构，这非常有利于细胞的生长。并且可以得到理想的单层片状结构，即比较规整完善的多孔状单层HA涂层。而延长电沉积时间还可有助于缺钙型HA垂直于基地表面生长，且可促进钙磷比增加。本文的研究将为为电沉积羟基磷灰石的应用提供必要的理论和实验支持。为探究壳聚糖（CS）和羟基磷灰石（HA）的共沉积特性，以HOPG为阴极极板，通过将部分含有CS的PC液溶入钙磷盐水溶液得到混合溶液，再通过电沉积将二者共同沉积到阴极上，探索了电沉积时间、电压和电流等电沉积条件对于共沉积的影响和共沉积时二者的相互影响与排列。采用了SEM、TEM、AFM和EDS等表征手段对沉积物表面进行分析。结果表明：共沉积时，二者互相影响导致只呈现出HA的层片状结构和CS的小球状结构.即CS的存在导致了HA只存在层片状这一种片状结构和钙磷比的增加，HA的存在导致了CS的棒状结构消失。电沉积时间、电压和电流对于散落着小球状CS的HA大片堆的长大有着相似的正相关性。
【图文】：

结晶结构

其中羟基磷灰石具有与自然骨相近的组成及结构，具有良好的生物相容性、生物活性和骨传导性能，使其在生物材料领域得到了广泛应用。纳米级羟基磷灰石具有表面效应，小尺寸效应及量子效应等性能，从而使其呈现出广阔应用前景。研究者们已合成出柱状和针状等各式形状的纳米级HA粉体和微晶，这些纳米级HA不仅较普通的羟基磷灰石具有更强的生物活性，还表现出了一些特殊作用如抗癌作用，以及可以作为某些药物的缓释载体等特性[15]。羟基磷灰石(Hydroxyapatite，简称为HA)，分子式为Ca10(PO4)6(OH)2，微溶于纯水，呈弱碱性(pH=7～9)，易溶于酸，难溶于碱。同时HAP是强离子交换剂，分子中的Ca2+易被Cd2+、Hg2+、Sr2+、Ba2+和Pb2+等有害重金属离子置换[16]，还可以与含羟基的氨基酸、蛋白质、有机酸等发生交换反应，所以在环保领域里的应用潜力巨大。HAP是磷灰石的一种典型结构的代表，磷灰石的晶体结构如图1.1所示。

示意图,壳聚糖,示意图,纳米粒子

图 1-2 壳聚糖电泳的示意图Fig 1-2 Illustration for the electrophoretic deposition of 聚糖/羟基磷灰石的复合物身也可单独通过电泳沉积得到具有纳米结构的涂层[糖和 HA 二者进行复合[91-92]，其中 Redepenning 等[91]盐-壳聚糖涂层，然后在 NaOH 水溶液中加热后可转的方法过于繁琐且不能得到较为可控的表面形貌。]则直接用电泳沉积法将 HA 纳米粒子和 CS 大分子高 pH 的阴极处发生中合作用从而沉积出 CS 并被吸也导致了对于 HA 纳米粒子的静电稳定机制，增加结果显示，在 HA 含量比较大的情况下会形成 CS 吸砌结构，而在 CS 的含量比较大时则会使得针状 HA
【学位授予单位】：暨南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2012
【分类号】：R318.08

【参考文献】