【摘要】：作為哺乳動物體內(nèi)骨和牙釉質(zhì)等礦化組織的主要無機成分，羥基磷灰石和摻雜了氟，鎂，鋅等其他元素的類磷灰石材料近年來被廣泛研究。合成的羥基磷灰石被用作骨缺損的填充材料和金屬骨的表面涂層材料已經(jīng)在臨床上得到實際應(yīng)用。為了更進一步提高羥基磷灰石在骨修復(fù)過程中的適應(yīng)性，通過離子摻雜的方法改善羥基磷灰石的物化性質(zhì)和生物相容性已經(jīng)成為生物材料研究中的重要領(lǐng)域。 體內(nèi)體外實驗證明鋅摻雜磷灰石（ZnHAp）具有促進骨礦化和抑制骨吸收的能力，在植入物中摻雜鋅會提高植入部位周圍的骨形成能力。本文從材料合成出發(fā)，運用多種儀器和方法對合成的鋅摻雜磷灰石進行了表征和分析，對包括鋅在內(nèi)的幾種二價陽離子（Mg~(2+)，Sr~(2+)，Zn~(2+)，Cd~(2+)）取代羥基磷灰石引起系統(tǒng)總能量和晶體結(jié)構(gòu)畸變的趨勢進行密度泛函理論計算。結(jié)合實驗和理論計算的結(jié)果分析在低濃度（0.1mol.%）的鋅摻雜時，ZnHAp中的鋅的摻入過程和機理，以及存在于ZnHAp晶體中的鋅的近鄰原子分布情況。主要包括以下內(nèi)容： 在摻入低濃度梯度鋅的情況下，用連續(xù)滴加法成功制備了一系列具有確定鋅取代結(jié)構(gòu)的ZnHAp，用電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜儀（Inductively CoupledPlasma Atomic Emission Spectrometer，，ICP-AES）確定了產(chǎn)物中鋅的總含量是加入量的74～81%，用透射電鏡（Transmission Electron Microscope，TEM）檢測到合成產(chǎn)物是短棒狀的長度約為100nm，寬度約為30nm的納米顆粒，Zn的摻雜使羥基磷灰石多晶團聚性增強。X射線衍射譜（X-ray diffraction，XRD）檢測到產(chǎn)物的主相與PDF標(biāo)準(zhǔn)卡片（PDF09-0432）吻合，XRD衍射數(shù)據(jù)計算結(jié)果表明晶胞體積隨著鋅含量的升高有減小的趨勢：Zn~(2+)的濃度從0.1mol%～1mol%，單胞體積減小了0.38%。 用基于密度泛函理論贗勢平面波方法（PSeudopotentials Plane-Wave，PSPW）的NWChem軟件包計算了一系列二價陽離子（Mg~(2+)、Sr~(2+)、Zn~(2+)、Cd~(2+)）取代羥基磷灰石中鈣的位置的體系總能量和形成能，以及陽離子取代引起的晶格弛豫。 鋅摻雜羥基磷灰石的X射線吸收近邊結(jié)構(gòu)譜（X-ray Absorption Near EdgeStructure，XANES）和擴展邊精細結(jié)構(gòu)譜（Extended X-ray Absorption Fine Structure，EXAFS）結(jié)果表明對于本實驗中的較高濃度（0.5mol.%～1mol.%）的樣品，鋅在產(chǎn)物樣品中只有一種占優(yōu)勢地位的配位環(huán)境，而對于鋅濃度較低的0.1mol.%的樣品，鋅以兩種配位環(huán)境存在。結(jié)合PSPW計算結(jié)果表明Zn取代CaII位的形成能小于CaI位，并且與鄰近三個磷酸的氧和一個羥基的氧形成鋅氧四面體（Zn-O_4）的配位結(jié)構(gòu)。用Artemis軟件擬合EXAFS的結(jié)果表明鋅在產(chǎn)物樣品中的配位數(shù)約等于4。通過對樣品EXAFS信號的傅里葉變換分析，表明在低濃度（0.1mol.%）的ZnHAp中，鋅的存在除了鋅氧四面體結(jié)構(gòu)，同時還存在著鋅插入兩個羥基氧中間形成O-Zn-O結(jié)構(gòu)的“搭橋式”配位結(jié)構(gòu)。
【學(xué)位授予單位】：華中科技大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2012
【分類號】：R318.08

【參考文獻】

相關(guān)期刊論文 前6條

1 劉羽,彭明生;磷灰石晶格喇曼活性外振動的實驗研究[J];礦物巖石地球化學(xué)通報;2005年01期

2 周世偉;馬義兵;徐明崗;羅磊;張淑貞;;X射線吸收精細結(jié)構(gòu)光譜在土壤中的應(yīng)用[J];土壤學(xué)報;2008年01期

3 黃志良,劉羽,張昱,魏軍,何亞林,黃志良,王大偉;納米CHAP的替換結(jié)構(gòu)及其相變、吸F~-行為研究[J];無機材料學(xué)報;2002年05期

4 黃志良,王大偉,劉羽,張昱,胥煥巖;不同類型的CO_3~(2-)替換羥基磷灰石固溶體晶體化學(xué)FT-IR研究[J];無機化學(xué)學(xué)報;2002年05期

5 朱孟強;潘綱;劉濤;李賢良;楊玉環(huán);李薇;李晉;胡天斗;吳自玉;謝亞寧;;用密度泛函和XANES計算研究Zn~(2+)在水錳礦表面的吸附和沉淀[J];物理化學(xué)學(xué)報;2005年12期

6 吳宗鍵,王繼芳,趙斌;人工關(guān)節(jié)無菌松動界膜中破骨細胞分化因子受體免疫陽性的多核巨細胞[J];中華外科雜志;2002年07期

相關(guān)博士學(xué)位論文 前1條

1 張新峰;Ⅱ-Ⅵ族納米結(jié)構(gòu)半導(dǎo)體的X射線吸收譜學(xué)研究[D];中國科學(xué)技術(shù)大學(xué);2008年

本文編號：2529383