收稿日期:2008-05-14
基金項目：國家自然科學基金項目(50572029);
作者簡介：李正茂(1983-)，男，山東省臨沂市人，山東輕工業學院材料科學與工程學院在讀碩士研究生，主要從事納米功能材料研究.
文章編號:1004-4280(2008)03-0005-02
微生物模板法制備納米羥基磷灰石
李正茂，何 文，張旭東，趙洪石，閆順璞，周偉家
(山東輕工業學院材料科學與工程學院，山東濟南250353)
摘要：以四水硝酸鈣和磷酸氫二銨為原料，并引入微生物-酵母細胞作為模板，通過化學沉淀法合成了納米羥基磷灰石(HA)粉體。采用X 射線衍射(XRD)、透射電鏡(TE M )和熱分析(TA )對HA 粉體進行了表征分析。結果表明，引入微生物模板后，羥基磷灰石粉在700e 煅燒后的粒度在40nm 以下。關鍵詞：納米羥基磷灰石；沉淀法；微生物細胞中圖分類號:TB32 文獻標識碼:A
Preparation of nanohydroxyapatite by using microbial cells as a template
LI Zheng-mao,HE Wen,Z HANG Xu-dong,Z HAO Hong-shi,YAN Shun-pu,ZHOU Wei-jia
(School of Materials Science and Engineering ,Shandon g Institute of Light Industry,Jinan 250353,China)
Abstract :This paper introduced the preparation of the nanohydroxyapatite po wder via precipitation method by using Ca (NO 3)2#4H 2O and (NH 4)2HPO 4as raw materials.The microbial cells were incorporated in the pro -cess of HA.The characterization methods such as X -ray diffraction (XRD),transmission electron microscopy (TEM)and thermal analysis(TA)were ud for the determination of the HA particle properties.As a result,even if the HA was calcined at 700e ,the size of powder was below 40nm.Key words :nanohydroxyapatite;precipitation;microbial cells 羥基磷灰石(HA)是人體和動物骨骼、牙齒的最主要的無機成分，占人骨無機成分的77%，在齒骨中則高達97%。大量研究證明,HA 納米粒子具有抑制癌癥的作用,HA 陶瓷對人體無毒副作用，耐腐蝕，力學強度高，具有獨特的生物相容性和生物活性，其界面結合性能均優于各類醫用鈦、硅橡膠及植骨用碳素材料，可以與骨形成牢固的結合，是一種最有前途的硬組織替代物[1-4]
。目前對HA 的研究主要集中在納米化、陶瓷涂層和多孔復合材料方面。
近年來，關于納米羥基磷灰石的制備方法的報導很多，主要分為干法和濕法合成。而實驗室合成中應
用最廣泛的是濕法合成，主要包括沉淀法[5]
、水
熱反應法[6]、溶膠-凝膠法[7]
等。但是現有方法制備的顆粒活性低，制備工藝復雜且成本高，應用效果
較差，難于推廣應用。因此如何制備低成本高活性
的納米羥基磷灰石粉體是本領域的一個新課題。
為了解決現有技術存在的上述問題，本文提出了一種納米羥基磷灰石粉體的微生物模板合成方法，期望以較低的成本制得高生物活性的羥基磷灰石納米粉體。利用天然生物表面活性劑的納米結構為模板，在溫和條件下進行生物礦化沉積，仿生納米組裝，形成無機有機復合材料，最后除去有機模板，制得高生物活性的羥基磷灰石納米粉體。
1 實驗部分
1.1 實驗試劑
本實驗中納米HA 采用四水硝酸鈣和磷酸氫二
第22卷 第3期2008年 9月
山 東 輕 工 業 學 院 學 報
JO UR NAL O F SHANDONG INSTITUTE OF LIGHT INDUSTRY Vol.22 No.3Sep. 2008
銨混合水溶液經沉淀反應制備，他們分別作為鈣和磷的前驅體，試劑采用分析純Ca(NO 3)2#4H 2O 和(NH 4)2HPO 4和蒸餾水作起始原料，微生物模板選用面包酵母。1.2 實驗方法
在室溫下，將0.8g 酵母在40mL 葡萄糖溶液(5%)中培養30min；然后加入4.7g 四水硝酸鈣，在磁力攪拌器下攪拌30min；接著在劇烈攪拌下，逐滴加入配制好的磷酸氫二銨溶液(0.5M)，滴加至鈣磷比為1.67，完成后再攪拌30min 后陳化，陳化結束后水洗兩次，醇洗一次；最后80e 下干燥并在700e 下煅燒即可得到樣品。1.3 表征儀器
PANalytical X .Pert PRO X 射線衍射儀(荷蘭);TE M -100X 透射電鏡(日本)；德國耐馳公司(NE TZSCH)STA 449C Jupiter 同步熱分析儀。
2 結果與討論
2.1 XRD 分析
80e 干燥一天后樣品的廣角和小角XRD 如圖1、圖2所示，在圖1中，出現了很多明顯的晶體衍射峰，其中2H 在26b 和32b 分別對應(002)和(211)晶面，而所有這些衍射峰都與羥基磷灰石的標準JCP -DS 09-432卡片是對應的。說明所制備的樣品為結晶較好的羥基磷灰石粉體。圖2中沒有衍射峰出現，這可能是樣品沒有介孔結構，也可能是由于樣品孔隙結構的不均勻，沒有形成有序的結構，從而沒有
出現小角衍射峰。
圖1 樣品的廣角XRD 圖
2.2 TE M 分析
圖3是透射電鏡對80e 干燥和700e 熱處理后的樣品進行的形貌表征，圖3(b)可以看到HA 顆
粒為不規則球狀，粒度在40nm 以下,
且晶界清晰。
圖2 樣品的小角XRD 圖
通過700e 熱處理HA 晶體的形狀發生轉變，由熱處理前圖3(a)中的長約40nm，直徑約10nm 左右的棒狀納米HA
變成了近似球狀的納米顆粒。
(
a)
(b)
圖3 樣品的TE M 照片 (a)80e ;(b)700e
2.3 熱分析
樣品的熱重和示差掃描量熱曲線如圖4所示，熱分析曲線是在N 2保護下測定的，因此沒有放熱峰，示差掃描量熱曲線上顯著的吸熱峰的位置是88.8e 。在高溫下，熱重曲線上的重量損失表示樣品的熱穩定性，同時也表示其化學熱分解、汽化和升
華。第一階段，當加熱溫度達到180e 時，質量損失約為5.23%，這一部分的質量變化可能是由于樣品中物理和化學吸附水及結晶水的脫去造成的，吸附水只是物理結合容易失去，由于加熱過程緩慢進行，所以吸附水的緩慢揮發和結構水的揮發就形成了一
(下轉第37頁)
6
山 東 輕 工 業 學 院 學 報第22卷
圖5 球閥管路
揚程和流量分別為14m 和7L P s 。圖4是管路上采用截止閥時的啟動結果，總體上看，啟動性能不如閘閥穩定，波動性較大；其流量要比閘閥管路小，啟動
時間大約在1~2s 之間。在圖5球閥管路中可以發現，其脈沖現象嚴重，與前兩種管路相比較，特別是流量和揚程都存在明顯的極大值。
4 結論
通過對不同閥門管路下的離心泵的啟動試驗,
可以發現：啟動開始階段，離心泵的流量和揚程都迅速上升；啟動后階段，存在脈沖現象，流量的上升歷程與管路特性有關；不同閥門對應的流量、功率不同，反映出內部流動情況也不一樣。相比較而言，閘閥時啟動較平穩，脈沖顯現不明顯，而球閥啟動時脈沖比較明顯。分析發現，由于不同閥門的局部阻力系數不同，從而引起的管路系統特性不相同，因此，影響到離心泵的啟動性能。
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(上接第6頁)
個寬大的吸熱谷；第二階段，當加熱溫度達到600e 時，質量損失約為23.4%，這一部分的質量變化可能是由于樣品中微生物模板的炭化和脫水造成的。從熱分析的結果，我們對樣品的組成有了更確切的認識：樣品約含水5.23%，并且含有大量的微生物
模板組分。
圖4 樣品的熱分析曲線
3 結論
(1)以Ca(NO 3)2#4H 2O 和(NH 4)2HPO 4為原料,
加入微生物模板后，在80e 干燥下制得長約40nm，直徑約10nm 左右的棒狀納米HA 粉體。
(2)羥基磷灰石粉在700e 煅燒后的粒度在40nm 以下，說明在微生物模板作用下能夠制備出分散性較好的納米HA 粉體。參考文獻:
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第3期隋榮娟，等：管路特性對離心泵啟動性能的影響
