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超声波微波组合式化学反应器三斜磷钙石直接转化为牙釉质羟基磷灰石

到目前为止,制造仿生牙釉质羟基磷灰石(HA)的方式吸引了人们的极大关注,因羟基磷灰石晶体结构组织的仿生率已能达到极高。此研究在没有表面活性剂、有机溶剂或结构导向剂,通过简易方法研究了从三斜磷钙石(CaHPO4)单晶体直接转化为牙釉质羟基磷灰石的纳米级微型层次结构。CaHPO4前体首先借助超声波微波组合式化学反应器,在超声波微波同时辐射下适当地形成了。高度取向的羟基磷灰石由平行结构的细小晶体构成,然后其初级粒子在碱性水溶液经过微波辐射。本研究表明,获得牙釉质羟基磷灰石高度取向的层次结构的形成是由于其和CaHPO4有序结构的相似性,以及超声波微波组合式化学反应器下超快的转化率。
 
羟基磷灰石(Ca10(PO4)6(OH)2,HA),是构成人体骨骼和牙齿的主要矿物,由于其优良的生物相容性和传导功能,在医药和牙科广泛应用。牙釉质是最难最高矿化的人体组织。它是由HA晶体的纳米级水平的高度有序阵列和成捆微晶编织而成的复杂体系结构。这种独特的分层结构具备优异的力学性能,对牙釉质和牙的保护起着关键作用。成熟的牙釉质不是活组织,在受损时几乎不能自我修复。目前,牙釉质缺损后的修复是填充金属、陶瓷、树脂等材料,然而,这些材料相对于牙釉质在化学成分和晶体结构的差异比较大。另外继发龋频繁地出现在牙齿和修复材料之间的接口,而HA不能只修复早期龋样损害,同时也有助于防止其再次发生的加强天然牙釉质。另一项研究表明,HA浆料
可适用表面的珐琅质,使牙釉质表现出相当的机械强度。这些研究表明,HA材料非常重要,要开发一种简易的方法合成牙釉质样分层结构的HA材料。
 
为合成牙釉质结构的HA,人们研究了很多种方法,如氨基酸、蛋白质、表面活性剂的使用有助于获得HA晶体定向的排列。例如,福勒等人的研究中,成捆的共同对齐HA纤维通过含表面活性剂的乙基液纤维琥珀酸酯磺酸钠(AOT)、水和油中合成。克拉克森等人的研究中,通过热液技术可生成牙釉质棱柱状结构。虽然这些研究表明HA材料已能合成,但在纳米级微尺度水平上模仿牙釉质层次结构仍然是一个巨大的挑战。此外,这些方法利用结构导向剂和其他的化学物质,可能会导致不必要的生物逻辑影响。
 
三斜磷钙石(CaHPO4),是弱酸性的钙磷酸盐,经常用作磷酸钙盐胶结物的组件,最近的研究表明其良好的传导和吸收属性。三斜磷钙石在很长时间中被用作的合成HA的初级粒子。然而据我们所知,通过分层结构高度化与牙釉质样HA前驱体的直接转换还未有文献报道。此外,虽然已有很多人为合成CaHPO4付出了巨大努力,但CaHPO4单晶体的形状、粒度和粒度分布在不使用对环境有害的溶剂或表面活性剂的情况下仍旧很难控制。最近的研究结果表明,超声波微波协同辐射的合成处理在材料合成领域具有很大潜力。与传统加热方式相比较,微波快速加热具有很多优点,如反应时间短、减少能源消耗,产量更大等。超声波的空化作用(在液体中形成、生长和内爆型崩溃的气泡)诱导高强度超声可以生成5000K的热点温度和1000巴的压力,能够合成的不寻常纳米材料种类繁多。超声波微波组合式化学反应器将超声波微波两种技术的优点相结合,为CaHPO4的合成提供了很大助力。
 
因此,在本研究中,规则形状的CaHPO4单晶体通过微波和超声波的同时照射合成了。
 
摘译自中科院上海硅酸研究所论文《Dental enamel-like hydroxyapatite transformed directly from monetite》,作者Zhaoyong Zou、Xiaoguo Liu、Lei Chen、Kaili Lin、Jiang Chang。该研究所用实验仪器超声波微波组合式化学反应器由南京先欧仪器制造有限公司研发生产。

超声波微波组合式化学反应器
 

点击次数:1154  更新时间:2018-1-16 【打印此页】 【关闭