收稿日期:2008-05-14
基金项目：国家自然科学基金项目(50572029);
作者简介：李正茂(1983-)，男，山东省临沂市人，山东轻工业学院材料科学与工程学院在读硕士研究生，主要从事纳米功能材料研究.
文章编号:1004-4280(2008)03-0005-02
微生物模板法制备纳米羟基磷灰石
李正茂，何 文，张旭东，赵洪石，闫顺璞，周伟家
(山东轻工业学院材料科学与工程学院，山东济南250353)
摘要：以四水硝酸钙和磷酸氢二铵为原料，并引入微生物-酵母细胞作为模板，通过化学沉淀法合成了纳米羟基磷灰石(HA)粉体。采用X 射线衍射(XRD)、透射电镜(TE M )和热分析(TA )对HA 粉体进行了表征分析。结果表明，引入微生物模板后，羟基磷灰石粉在700e 煅烧后的粒度在40nm 以下。关键词：纳米羟基磷灰石；沉淀法；微生物细胞中图分类号:TB32 文献标识码: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 羟基磷灰石(HA)是人体和动物骨骼、牙齿的最主要的无机成分，占人骨无机成分的77%，在齿骨中则高达97%。大量研究证明,HA 纳米粒子具有抑制癌症的作用,HA 陶瓷对人体无毒副作用，耐腐蚀，力学强度高，具有独特的生物相容性和生物活性，其界面结合性能均优于各类医用钛、硅橡胶及植骨用碳素材料，可以与骨形成牢固的结合，是一种最有前途的硬组织替代物[1-4]
。目前对HA 的研究主要集中在纳米化、陶瓷涂层和多孔复合材料方面。
近年来，关于纳米羟基磷灰石的制备方法的报导很多，主要分为干法和湿法合成。而实验室合成中应
用最广泛的是湿法合成，主要包括沉淀法[5]
、水
热反应法[6]、溶胶-凝胶法[7]
等。但是现有方法制备的颗粒活性低，制备工艺复杂且成本高，应用效果
较差，难于推广应用。因此如何制备低成本高活性
的纳米羟基磷灰石粉体是本领域的一个新课题。
为了解决现有技术存在的上述问题，本文提出了一种纳米羟基磷灰石粉体的微生物模板合成方法，期望以较低的成本制得高生物活性的羟基磷灰石纳米粉体。利用天然生物表面活性剂的纳米结构为模板，在温和条件下进行生物矿化沉积，仿生纳米组装，形成无机有机复合材料，最后除去有机模板，制得高生物活性的羟基磷灰石纳米粉体。
1 实验部分
1.1 实验试剂
本实验中纳米HA 采用四水硝酸钙和磷酸氢二
第22卷 第3期2008年 9月
山 东 轻 工 业 学 院 学 报
JO UR NAL O F SHANDONG INSTITUTE OF LIGHT INDUSTRY Vol.22 No.3Sep. 2008
铵混合水溶液经沉淀反应制备，他们分别作为钙和磷的前驱体，试剂采用分析纯Ca(NO 3)2#4H 2O 和(NH 4)2HPO 4和蒸馏水作起始原料，微生物模板选用面包酵母。1.2 实验方法
在室温下，将0.8g 酵母在40mL 葡萄糖溶液(5%)中培养30min；然后加入4.7g 四水硝酸钙，在磁力搅拌器下搅拌30min；接着在剧烈搅拌下，逐滴加入配制好的磷酸氢二铵溶液(0.5M)，滴加至钙磷比为1.67，完成后再搅拌30min 后陈化，陈化结束后水洗两次，醇洗一次；最后80e 下干燥并在700e 下煅烧即可得到样品。1.3 表征仪器
PANalytical X .Pert PRO X 射线衍射仪(荷兰);TE M -100X 透射电镜(日本)；德国耐驰公司(NE TZSCH)STA 449C Jupiter 同步热分析仪。
2 结果与讨论
2.1 XRD 分析
80e 干燥一天后样品的广角和小角XRD 如图1、图2所示，在图1中，出现了很多明显的晶体衍射峰，其中2H 在26b 和32b 分别对应(002)和(211)晶面，而所有这些衍射峰都与羟基磷灰石的标准JCP -DS 09-432卡片是对应的。说明所制备的样品为结晶较好的羟基磷灰石粉体。图2中没有衍射峰出现，这可能是样品没有介孔结构，也可能是由于样品孔隙结构的不均匀，没有形成有序的结构，从而没有
出现小角衍射峰。
图1 样品的广角XRD 图
2.2 TE M 分析
图3是透射电镜对80e 干燥和700e 热处理后的样品进行的形貌表征，图3(b)可以看到HA 颗
粒为不规则球状，粒度在40nm 以下,
且晶界清晰。
图2 样品的小角XRD 图
通过700e 热处理HA 晶体的形状发生转变，由热处理前图3(a)中的长约40nm，直径约10nm 左右的棒状纳米HA
变成了近似球状的纳米颗粒。
(
a)
(b)
图3 样品的TE M 照片 (a)80e ;(b)700e
2.3 热分析
样品的热重和示差扫描量热曲线如图4所示，热分析曲线是在N 2保护下测定的，因此没有放热峰，示差扫描量热曲线上显著的吸热峰的位置是88.8e 。在高温下，热重曲线上的重量损失表示样品的热稳定性，同时也表示其化学热分解、汽化和升
华。第一阶段，当加热温度达到180e 时，质量损失约为5.23%，这一部分的质量变化可能是由于样品中物理和化学吸附水及结晶水的脱去造成的，吸附水只是物理结合容易失去，由于加热过程缓慢进行，所以吸附水的缓慢挥发和结构水的挥发就形成了一
(下转第37页)
6
山 东 轻 工 业 学 院 学 报第22卷
图5 球阀管路
扬程和流量分别为14m 和7L P s 。图4是管路上采用截止阀时的启动结果，总体上看，启动性能不如闸阀稳定，波动性较大；其流量要比闸阀管路小，启动
时间大约在1~2s 之间。在图5球阀管路中可以发现，其脉冲现象严重，与前两种管路相比较，特别是流量和扬程都存在明显的极大值。
4 结论
通过对不同阀门管路下的离心泵的启动试验,
可以发现：启动开始阶段，离心泵的流量和扬程都迅速上升；启动后阶段，存在脉冲现象，流量的上升历程与管路特性有关；不同阀门对应的流量、功率不同，反映出内部流动情况也不一样。相比较而言，闸阀时启动较平稳，脉冲显现不明显，而球阀启动时脉冲比较明显。分析发现，由于不同阀门的局部阻力系数不同，从而引起的管路系统特性不相同，因此，影响到离心泵的启动性能。
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(上接第6页)
个宽大的吸热谷；第二阶段，当加热温度达到600e 时，质量损失约为23.4%，这一部分的质量变化可能是由于样品中微生物模板的炭化和脱水造成的。从热分析的结果，我们对样品的组成有了更确切的认识：样品约含水5.23%，并且含有大量的微生物
模板组分。
图4 样品的热分析曲线
3 结论
(1)以Ca(NO 3)2#4H 2O 和(NH 4)2HPO 4为原料,
加入微生物模板后，在80e 干燥下制得长约40nm，直径约10nm 左右的棒状纳米HA 粉体。
(2)羟基磷灰石粉在700e 煅烧后的粒度在40nm 以下，说明在微生物模板作用下能够制备出分散性较好的纳米HA 粉体。参考文献:
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第3期隋荣娟，等：管路特性对离心泵启动性能的影响
