磷酸钙材料具有良好的生物活性和生物相容性,是骨组织工程中最理想的生物材料。磷酸钙材料的可控制备是一个很受关注的课题,因为磷酸钙晶体的尺寸大小、形状和成分组成在生物反应中有着至关重要的作用。本研究在不添加任何有机相、不借助任何表面活性剂或模板的条件下,通过水热法合成了磷酸钙微球和纳米线,探究了反应条件对磷酸钙晶体生长的影响,并考察了其药物的负载及释放性能。实验结果表明,我们可以通过改变形核温度、pH值、水热反应温度和水热反应时间来控制得到的磷酸钙晶体的尺寸大小、形貌和成分组成。随着反应时间的延长,所得晶体的化学成分普遍经历了从二水磷酸氢钙到无水磷酸氢钙,再到羟基磷灰石的转化过程。研究表明,在水热反应之前进行的预冷温度和形核温度对磷酸钙晶体的生长具有关键性作用。在特定的反应条件下,主要有两种典型形貌的产物产生,即微球和纳米线。另外,本研究也探索讨论了晶体的生长机制。体外细胞实验结果表明磷酸钙微球和纳米线都能有效地促进成骨细胞增殖,这赋予了它们有趣的骨修复潜力。这个发现对于发展适用于骨组织工程的优良材料具有重要意义。具体的研究内容和实验结论概括如下:1.磷酸钙微球的制备及其生长机理研究采用简单的水热法,用磷酸氢二钠为钠源,氯化钙为钙源,以Ca/P=5:3的比例在单纯的水溶液中进行反应,通过调控形核温度、pH值、水热反应温度和水热反应时间等影响因素,在形核温度4℃,pH=4.5,水热反应温度140℃的条件下制备得到了主要成分为磷酸氢钙和羟基磷灰石、由纳米棒组装成的磷酸钙微球。另外,机理研究发现,磷酸钙微球的基本结构在水热反应1.5 h内即已形成,期间经历了溶解再结晶的过程,微球最后的形成是奥斯特瓦尔德熟化机制。微球的形成是从前驱体的厚片重结晶为相互连结的薄片,之后薄片自组装成球状,然后经过进一步熟化进而连结的薄片逐渐转变成针状,形成最终的纳米针组装微球。随着水热时间的延长,磷酸钙微球分别经历了从二水磷酸氢钙到磷酸氢钙,再到羟基磷灰石的成分转变过程。2.磷酸钙纳米线的制备及其生长机理研究采用水热法,用磷酸氢二钠和氯化钙作为原料,以Ca/P=5:3的比例在单纯的水溶液中进行反应,通过调控形核温度、pH值、水热反应温度和水热反应时间等影响因素,在形核温度15℃,pH=4.5,水热反应温度140℃的条件下制备得到了主要成分为磷酸氢钙和羟基磷灰石的磷酸钙纳米线。由此可知,形核温度在产物形成过程中起到了关键性作用。机理研究表明,磷酸钙纳米线的大致形貌在水热反应1 h内即已形成,期间经历了溶解再结晶的过程,纳米线的晶体长大遵循定向粘附机制。通过缩短水热反应时间,发现纳米线的形成是从最开始的前驱体薄片重结晶为纳米针,然后纳米针再逐渐长长成为纳米线的晶体生长过程。同样地,随着水热时间的延长,磷酸钙纳米线的形成过程也经历了从二水磷酸氢钙到磷酸氢钙,再到羟基磷灰石的成分转变过程。3.磷酸钙微球和磷酸钙纳米线的生物相容性及药物释放研究体外细胞实验表明,磷酸钙微球和纳米线不仅没有细胞毒性,而且能够不同程度的促进细胞增殖,尤其是磷酸钙纳米线对细胞增殖的促进效果更为显著。另外,磷酸钙纳米线和微球的比表面积都比较大,能够负载较多的药物地塞米松,并能够在24 h内持续释放,具有一定的药物缓释性能。