层状介结构纳米羟基磷灰石的合成、形成机理及载药性能的研究

摘要

羟基磷灰石是动物骨骼的主要无机成分，具有良好的生物相容性，植入体内安全无毒，因此被广泛用于人体硬组织的修复和替换、药物控释和输送载体等。纳米羟基磷灰石作为药物载体有许多优点，而介孔材料作为药物载体也具有其独特的优越性，因此如果能将纳米羟基磷灰石做成介孔材料或者是介结构材料用为药物载体将具有更大的应用前景。本研究的目的就是采用模板法制备出安全无毒的具有周期性排列的介结构纳米羟基磷灰石、研究其自组装形成过程，并对其载药性能进行探讨，开发出新的有效的药物载体系统。 本研究采用绿色的阴离子表面活性剂单烷基磷酸酯作为模板剂，在乙醇/水体系中成功地合成了具有层状结构的纳米羟基磷灰石。探讨了不同类型的表面活性剂体系、不同的反应时间和温度、不同的表面活性剂浓度、不同的助表面活性剂与水的相对含量以及不同的pH值对合成产物形态、组成和结构的影响，从而确定了制备具有层状纳米羟基磷灰石的最佳工艺条件。 采用XRD、FTIR、TEM、SEM、HRTEM、EDS、XPS和N2吸附等大量表征手段对合成的层状纳米HA进行表征。结果表明：产物颗粒呈均匀的长棒状结构，棒的长度约为5.6gm，宽约为150nm；棒的形态均匀，分散性较好，具有一定的柔韧性；颗粒上存在规则排列的层状结构，排列周期约为4-5nm；层状结构之间的HA是沿着晶体的c轴生长的，且为弱结晶的单晶；样品中还存在一定量的CaHPO4和MAP，使Ca/P值低于1.67；样品的比表面积为22.78m2/g，BET平均孔体积为0.2195cm3/g，孔径主要集中在2.8—4.0nm之间，这些孔是长棒状颗粒松散堆积时所形成的狭长的颗粒间孔。样品的热稳定性较差，但具有良好的生物相容性，材料的表面有利于细胞黏附，作为骨组织工程支架材料也有着很大的优越性。 在实验的基础上，对所研制的层状介结构纳米羟基磷狄石建立了四级结构模型，并提出了材料的介结构形成机理。层状纳米羟基磷灰石的形成过程和自组装机理可以用协同作用机理和堆积参数理论来解释。工艺参数的变化会影响表面活性剂的堆积参数，堆积参数的变化又使得表面活性剂形成不同形态的胶团，因此沿表面活性剂生长的HA便有了不同的微观形貌和结构。由于表面活性剂的磷酸根基头与无机相的钙离子之间存在着比较强的静电作用，从而锁住了HA的介相结构只能为层状相。 通过对整个反应过程的动力学研究得到在不同温度范围内的反应速率方程、反应级数和反应的表观活化能。在整个反应温区(30-90℃)内，反应级数均为二级；反应速率常数随着温度的升高而增加；反应的表观活化能在整个温区内几乎不随温度的变化而变化。确定本实验体系中的反应速率主要是由扩散作用所控制的。通过测定在不同过饱和度下体系中的成核诱导时间，确定了成核诱导时间与过饱和度之间的函数关系，从而推导出了本实验体系在常温常压下的成核速率方程。通过对层状纳米HA颗粒的生长形态动力学进行研究，分析了层状介结构的形成机理，确定了长棒状颗粒在一维方向的生长速率方程。 对载茶氨酸药物的层状纳米HA的药物分布及体外释放性能进行了研究，结果表明药物较均匀地包覆在HA的表面，样品有初期快速释放并保持2 h之内都具有较大的释药量的药物释放特性，可以作为解酒护肝的药物使用。通过对载罗丹明B的层状纳米HA/PCL微球中药物分布及体外释放性能进行研究，发现药物在整个层状纳米HA/PCL微球中分布比较均匀，有较低的突释现象，而且可以持续释药达90天，可以作为一种有前途的骨骼中的长效给药系统。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章绪论

1.1前言

1.2纳米羟基磷灰石材料的研究

1.2.1纳米羟基磷灰石的研究进展

1.2.2纳米羟基磷灰石的制备

1.2.3纳米羟基磷灰石的应用

1.3介孔材料的研究

1.3.1介孔材料的特点及用途

1.3.2介孔材料的合成及机理

1.3.3表面活性剂在介孔材料合成中的应用

1.3.4介孔材料作为药物载体的研究

1.4本论文的研究内容以及目的和意义

1.4.1研究的目的和意义

1.4.2主要研究内容

第二章实验方法、技术和工艺

2.1前言

2.2模板法制备层状介结构纳米羟基磷灰石

2.2.1实验试剂

2.2.2实验所需仪器

2.2.3实验方法

2.3层状纳米羟基磷灰石的细胞培养实验

2.3.1实验试剂

2.3.2实验所需仪器

2.3.3实验方法

2.4层状纳米羟基磷灰石载药的实验

2.4.1实验试剂

2.4.2实验所需仪器

2.4.3实验方法

2.5表征技术

2.5.1 X射线衍射(XRD)

2.5.2傅立叶变换红外光谱(FTIR)

2.5.3透射电子显微镜(TEM)

2.5.4扫描电子显微镜(SEM)

2.5.5高分辨透射电子显微镜(HRTEM)

2.5.6紫外-可见光分光光度计

2.5.7氮气吸附

2.5.8热重-差视扫描量热分析(TG-DSC)

2.5.9激光共聚焦显微镜

2.5.10倒置相差显微镜

2.5.11 X射线光电子能谱(XPS)

2.5.12显微激光拉曼光谱(MLR)

第三章层状介结构纳米羟基磷灰石的制备工艺研究

3.1前言

3.2不同类型表面活性剂体系对产物的影响

3.2.1阳离子表面活性剂(CTAB)体系

3.2.2阴离子表面活性剂(SDS)体系

3.2.3绿色表面活性剂(MAP)体系

3.3反应温度和反应时间的影响

3.3.1反应温度的影响

3.3.2反应时间的影响

3.4反应中表面活性剂、水和助表面活性剂的含量对产物的影响

3.4.1表面活性剂的浓度W变化对产物的影响

3.4.2助表面活性剂/水的值P的变化对产物的影响

3.5反应中pH值对产物的影响

3.6本章小结

第四章层状介结构纳米羟基磷灰石的表征及其形成机理研究

4.1前言

4.2层状纳米羟基磷灰石的表征

4.2.1层状介结构纳米羟基磷灰石的形貌及微观结构研究

4.2.2层状介结构纳米羟基磷灰石的孔结构研究

4.2.3层状介结构纳米羟基磷灰石的热稳定性研究

4.2.4层状纳米羟基磷灰石细胞学行为的初步研究

4.3层状纳米羟基磷灰石自组装生长机理的探讨

4.3.1羟基磷灰石晶体在模板剂溶液中的成核及生长机理

4.3.2层状纳米羟基磷灰石的结构模型

4.2.3羟基磷灰石层状介结构的自组装过程分析

4.4本章小结

第五章层状纳米羟基磷灰石的形成动力学研究

5.1前言

5.2模板法制备层状纳米羟基磷灰石的反应动力学研究

5.2.1反应动力学方程的确定

5.2.2反应的动力学分析

5.3模板剂作用下的成核动力学研究

5.3.1模板剂作用下的成核理论模型

5.3.2成核动力学分析

5.4羟基磷灰石晶体生长形态的动力学研究

5.4.1层状介结构形成的动力学分析

5.4.2晶体一维生长的动力学研究

5.5本章小结

第六章层状纳米羟基磷灰石作为药物载体的研究

6.1引言

6.2层状纳米HA作为茶氨酸药物载体的研究

6.2.1茶氨酸紫外可见光吸光度/浓度标准直线的绘制

6.2.2层状纳米HA/茶氨酸药物的形貌观察

6.2.3层状纳米HA/茶氨酸药物载体的体外释放性能

6.3层状纳米HA/PCL微球作为罗丹明-B药物载体的研究

6.3.1罗丹明B紫外可见光吸光度/浓度标准直线的绘制

6.3.2载药层状纳米HA/PCL微球的形貌观察

6.3.3载药层状纳米HA/PCL微球的体外释放性能

6.4本章小结

结论

参考文献

攻读博士学位期间取得的研究成果

致谢