介孔羥基磷灰石的制備及其應(yīng)用的研究進(jìn)展

蒲宇彤，門健博，王麗瑩，楊 爽，苗雨欣

(沈陽(yáng)師范大學(xué) 化學(xué)化工學(xué)院 能源與環(huán)境催化研究所，遼寧 沈陽(yáng) 110034)

1 介孔羥基磷灰石簡(jiǎn)介

羥基磷灰石，化學(xué)式為Ca10(PO4)6(OH)2，依據(jù)國(guó)際理論和應(yīng)用化學(xué)聯(lián)合會(huì)(IUPAC)的定義，微孔是孔徑小于2 nm的孔；孔徑大于50 nm的孔叫做大孔；介孔則是指孔徑在2～50 nm之間的孔。羥基磷灰石的微孔是由天然孔道結(jié)構(gòu)形成，具有較強(qiáng)的表面吸附性和離子交換性。為了更大程度地發(fā)揮其性質(zhì)，可通過科學(xué)技術(shù)手段將羥基磷灰石制成介孔材料。而所制得的介孔羥基磷灰石則具有三維孔道結(jié)構(gòu)和巨大比表面積和孔體積。介孔羥基磷灰石在吸附、催化、醫(yī)學(xué)、分離、生物材料等領(lǐng)域皆具有不錯(cuò)的發(fā)展前景，具有極大的科學(xué)研究?jī)r(jià)值。

2 介孔羥基磷灰石的制備

在文獻(xiàn)研究中，合成介孔羥基磷灰石的方法有很多，目前主要分為兩大類：硬模板法和軟模板法[1]。這兩大類方法的具體舉措也有很多，例如：水熱合成法、冷凍干燥法、化學(xué)沉淀法以及溶膠凝膠與均勻沉淀法等。其中化學(xué)沉淀法和水熱合成法相對(duì)更為簡(jiǎn)單方便，應(yīng)用也更為廣泛[2]。

2.1 水熱合成法

水熱合成法能夠可控制備出不同形貌和尺寸的納米材料，具有合成產(chǎn)物純度高、粒子分散性好等優(yōu)點(diǎn)。將磷酸鹽和鈣鹽的水溶液進(jìn)行混合，選擇CTAB(軟模板劑)作為實(shí)驗(yàn)的結(jié)構(gòu)導(dǎo)向劑，在實(shí)驗(yàn)過程中適當(dāng)加入氨水，調(diào)節(jié)溶液的pH值，隨后將混合物裝入水熱釜[3]，在一定的溫度、壓力下反應(yīng)一定的時(shí)間，對(duì)水熱反應(yīng)后的產(chǎn)物進(jìn)行分離、洗滌、干燥等步驟，最后實(shí)現(xiàn)介孔羥基磷灰石顆粒的合成。

2.2 冷凍干燥法

冷凍干燥法[4]是將物質(zhì)凍結(jié)到三相點(diǎn)溫度之下，再利用減壓進(jìn)行升華使物質(zhì)干燥的方法。冷凍干燥法可以很大程度的保留介孔羥基磷灰石獨(dú)特的孔道結(jié)構(gòu)，也不會(huì)改變其化學(xué)成分，在整個(gè)過程中，濕凝膠干燥后體積也幾乎保持不變，利用冷凍干燥法有利于制備出具有較高比表面積，孔道結(jié)構(gòu)豐富的羥基磷灰石。

2.3 氣—液化學(xué)沉淀法

氣—液化學(xué)沉淀法[5]是指通過操作把反應(yīng)物變成氣體狀態(tài)，讓氣態(tài)反應(yīng)物擴(kuò)散至溶液，溶解后再進(jìn)一步發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，生成沉淀。這種實(shí)驗(yàn)制備方法制得的介孔羥基磷灰石粒子分散性好、粒徑小，作用條件更加溫和，該反應(yīng)可在室溫條件下進(jìn)行，操作更加便利，反應(yīng)污染小。

2.4 溶膠凝膠與均勻沉淀相結(jié)合的方法

Igntema[6]等最先采用共沉淀法在納米晶粒中包裹蛋白類藥物，也是溶膠凝膠與均勻沉淀相結(jié)合的方法。溶膠凝膠與均勻沉淀相結(jié)合的方法的模板劑也可以用CTAB，與水熱合成法不同的是，選用尿素為沉淀劑和結(jié)構(gòu)導(dǎo)向劑，調(diào)節(jié)沉淀pH值。將對(duì)反應(yīng)過程中生成的羥基磷灰石進(jìn)行洗滌、干燥和焙燒處理最終可得介孔羥基磷灰石。該方法操作簡(jiǎn)單、產(chǎn)物分散性較好。

3 介孔羥基磷灰石材料的應(yīng)用

目前，介孔羥基磷灰石被廣泛應(yīng)用于各個(gè)領(lǐng)域，由于介孔羥基磷灰石的獨(dú)特結(jié)構(gòu)對(duì)醫(yī)學(xué)載藥和吸附方面性能有較大影響，所以在該領(lǐng)域的應(yīng)用研究也在不斷進(jìn)步，基于此，本部分著重對(duì)介孔羥基磷灰石材料在生物醫(yī)學(xué)和吸附上的應(yīng)用進(jìn)行介紹。

3.1 吸附

羥基磷灰石作為一種無機(jī)吸附劑在重金屬吸附領(lǐng)域中的研究出色，具有中空結(jié)構(gòu)的羥基磷灰石通常具有更強(qiáng)的吸附能力。介孔羥基磷灰石納米微球?qū)λ兄亟饘匐x子Pb2+的最大吸附率為99.34%，Cu2+的最大吸附率為94.96%，Zn2+的最大吸附率為91.7%[7]，比傳統(tǒng)的多孔碳材料的吸附性能強(qiáng)。

3.2 生物醫(yī)學(xué)

介孔羥基磷灰石比傳統(tǒng)羥基磷灰石孔道空間更豐富，較大的孔容和比表面積使其具有更好的吸附性能，在實(shí)際的應(yīng)用中可增大藥物運(yùn)送的負(fù)載量，并且可以有效控制藥物的釋放能力。使其在藥劑學(xué)領(lǐng)域中有著重要的應(yīng)用[8]。以介孔羥基磷灰石的結(jié)構(gòu)性質(zhì)制造的殼聚糖復(fù)合支架材料可以作為理想的骨骼的替代生物材料，具有較廣泛的臨床應(yīng)用前景。

4 結(jié)語(yǔ)

介孔羥基磷灰石的三維孔道結(jié)構(gòu)和較高的比表面積等優(yōu)點(diǎn)，使其在醫(yī)學(xué)藥物緩釋、吸附和催化等領(lǐng)域都有較好的發(fā)展前景，相信在材料制備技術(shù)的不斷發(fā)展下，介孔羥基磷灰石材料的應(yīng)用會(huì)更加廣泛，為人們健康和生活環(huán)境等方面帶來諸多便利。