磷灰石納米粒子的制備改性及其生物安全性

前言

隨著材料科學(xué)、生命科學(xué)、生物技術(shù)、納米科學(xué)與技術(shù)的發(fā)展，人類開始在分子水平上認識材料和機體間的相互作用，構(gòu)建生物結(jié)構(gòu)和功能，使傳統(tǒng)的無生命的材料通過參與生命組織的活動，成為生命組織的一部分；同時，也需要全面、深入地考量材料的生物安全性問題。納米粒子一般指粒徑為1-100nm的固體粒子’是介于原子、分子與宏觀物體之間的固體粒子。它既不同于原子、分子團簇，又異于宏觀體相材料，是介于團簇與體相之間的特殊狀態(tài)。納米粒子由于其表面效應(yīng)、小尺寸效應(yīng)、量子尺寸效應(yīng)、宏觀量子隧道效應(yīng)、量子隧穿及介電限域效應(yīng)而表現(xiàn)出許多既不同于宏觀物質(zhì)也不同于單個孤立原子的特異性能，這些特異性能使得納米粒子具有許多新的用途。在生物醫(yī)學(xué)材料領(lǐng)域，納米材料及其結(jié)構(gòu)的研究引起了各國學(xué)者的極大興趣。這是因為生物體內(nèi)存在大量的具有特殊功能的納米結(jié)構(gòu)。例如，骨骼、牙齒、肌腱等器官中均不同程度地存在規(guī)則分級的納米組裝結(jié)構(gòu)，貝殼、甲蟲殼、珊瑚等天然生物材料由一些有機質(zhì)（如蛋白質(zhì)、甲殼素）及碳酸鈣納米粒子等無機鹽構(gòu)成，從而顯示出優(yōu)異的力學(xué)性能和功能。20世紀(jì)90年代后期，利用納米材料進行細胞分離、細胞內(nèi)部染色及利用納米粒子制成特殊藥物或新型抗體進行局部定向治療等方面的應(yīng)用研究迅速開展起來。納米生物材料、DNA納米技術(shù)、納米粒子靶向藥物與基因治療、分析檢測技術(shù)的優(yōu)化等方面的研究得到了廣泛的關(guān)注。磷灰石是鈣的磷酸鹽中的一類化合物，它是人體硬組織（骨骼和牙齒）的主要成分，牙釉質(zhì)的97％、骨骼的65％都是由磷灰石構(gòu)成的，骨中的磷灰石是人體鈣庫。羥基磷灰石納米材料以其良好的生物相容性和骨傳導(dǎo)能力而在硬組織的替代和填充方面得到了廣泛的應(yīng)用。在藥物載體和蛋白質(zhì)分離方面也有羥基磷灰石的應(yīng)用研究報道。

內(nèi)容概要

本書為《納米安全性叢書》之一。本書在概述了鈣磷系生物醫(yī)用材料的發(fā)展背景、現(xiàn)狀及應(yīng)用前景的基礎(chǔ)上，論述了羥基磷灰石納米生物醫(yī)用材料的基本理論，介紹了羥基磷灰石納米粒子合成制備、摻雜與改性、特性表征以及磷灰石納米材料的生物醫(yī)學(xué)應(yīng)用，著重研究了羥基磷灰石納米粒子與腫瘤細胞的相互作用，并對羥基磷灰石納米材料及相關(guān)鈣磷納米材料的生物安全性進行了評價。全書共分六章，包括羥基磷灰石概述、羥基磷灰石納米粒子的合成制備、摻雜與改性研究、性能表征、醫(yī)學(xué)應(yīng)用以及安全性評價。本書是作者及其研究組成員多年研究成果的總結(jié)，同時對磷灰石納米材料的科研現(xiàn)狀、最新動態(tài)及發(fā)展前景做了介紹。　　本書可供大專院校和科研機構(gòu)相關(guān)專業(yè)的科研人員、教師、學(xué)生及從事鈣磷生物材料行業(yè)的工作人員等參考使用。

作者簡介

李世普，教授、博士生導(dǎo)師，原武漢工業(yè)大學(xué)校長，現(xiàn)任武漢理工大學(xué)首席教授、生物材料與工程研究中心主任，中國材料研究學(xué)會理事，《武漢理工大學(xué)學(xué)報》編委會副主任委員。完成“863”計劃、“973”計劃、國家自然科學(xué)基金重大項目等30余項。曾獲1978年全國科學(xué)大會獎，國家發(fā)明獎、國家科技進步獎各1項，省部級一、二等獎7項。1991年享受國家政府特殊津貼。獲國家發(fā)明專利24項。編、譯著7部，發(fā)表SCI、EI論文180余篇。培養(yǎng)研究生70余名。

書籍目錄

《納米科學(xué)技術(shù)大系》序 《納米安全性叢書》序 前言 第1章 羥基磷灰石概述 　1.1 本章內(nèi)容簡介 　1.2 羥基磷灰石家族的化學(xué)組成 　1.3 羥基磷灰石晶體結(jié)構(gòu)和表面特性 　　1.3.1 羥基磷灰石的晶體結(jié)構(gòu) 　　1.3.2 羥基磷灰石的表面特性 　　1.3.3 羥基磷灰石晶體各族晶面的顯露規(guī)律 　1.4 羥基磷灰石晶體的衍射圖譜 　1.5 人體及自然界中的磷灰石 　1.6 相關(guān)鈣磷系材料 　　1.6.1 磷酸鈣骨水泥 　　1.6.2 可生物降解β-TCP多孔人工骨 　1.7 人工合成的羥基磷灰石 　1.8 羥基磷灰石的應(yīng)用領(lǐng)域 　參考文獻 第2章 羥基磷灰石納米粒子的合成制備 　2.1 本章內(nèi)容簡介 　2.2 羥基磷灰石納米材料 　2.3 羥基磷灰石納米粒子的濕法制備 　　2.3.1 均相沉淀法制備羥基磷灰石納米粒子 　　2.3.2 自燃燒法制備羥基磷灰石納米粒子 　　2.3.3 水熱反應(yīng)法制備羥基磷灰石納米粒子 　　2.3.4 酸堿中和法制備羥基磷灰石納米粒子 　　2.3.5 微乳液法制備羥基磷灰石納米粒子 　2.4 羥基磷灰石納米粒子形成熱力學(xué) 　2.5 羥基磷灰石納米粒子形成動力學(xué) 　參考文獻 第3章 羥基磷灰石蚋米粒子的摻雜與改性研究 　3.1 本章內(nèi)容簡介 　3.2 磷灰石納米粒子的陽離子摻雜 　　3.2.1 鍶離子摻雜 　　3.2.2 銪離子摻雜 　　3.2.3 鋱離子摻雜 　　3.2.4 鑭離子摻雜 　3.3 磷灰石納米粒子的陰離子替代 　　3.3.1 氯離子替代 　　3.3.2 氟離子替代 　　3.3.3 碳酸根離子替代 　3.4 羥基磷灰石納米粒子的改性研究 　　3.4.1 四環(huán)素改性羥基磷灰石納米粒子的制備研究 　　3.4.2 表面活性劑改性羥基磷灰石納米粒子溶膠的分散特性研究 　參考文獻 第4章 羥基磷灰石納米粒子的理化性能表征 　4.1 本章內(nèi)容簡介 　4.2 羥基磷灰石納米粒子物相晶體結(jié)構(gòu)研究 　　4.2.1 羥基磷灰石納米粒子晶體結(jié)構(gòu)XRD研究 　　4.2.2 摻鍶磷灰石及鍶磷灰石納米粒子晶體結(jié)構(gòu)XRD研究 　4.3 羥基磷灰石納米粒子平均粒徑及粒徑分布表征 　　4.3.1 磷灰石系列納米粒子粒徑的光子相關(guān)光譜法表征 　　4.3.2 其他粒徑表征方法 　4.4 羥基磷灰石納米粒子的表面特性表征 　4.5 羥基磷灰石納米粒子的表面元素表征 　　4.5.1 磷灰石納米粒子俄歇電子能譜表征 　　4.5.2 磷灰石納米粒子電子探針能譜表征 　　4.5.3 磷灰石納米粒子的比表面積表征 　4.6 羥基磷灰石納米粒子在水中的溶解特性研究 　參考文獻 第5章 羥基磷灰石納米粒子的生物醫(yī)學(xué)應(yīng)用及生物學(xué)效應(yīng) 　5.1 本章內(nèi)容簡介 　5.2 羥基磷灰石納米粒子與細胞相互作用研究 　　5.2.1 n-HAP與Bel-7402人肝癌細胞系和L-02人肝細胞系作用研究 　　5.2.2 羥基磷灰石納米粒子與人慢性髓性白血病K562細胞相互作用 　　5.2.3 羥基磷灰石納米粒子對人喉癌細胞Help-2的作腫 　　5.2.4 羥基磷灰石納米粒子對人食管痛細胞Ec-109的作用 　　5.2.5 羥基磷灰石納米粒子對人骨癌細胞Os-732的作用 　　5.2.6 羥基磷灰石納米粒子對胃癌細胞MGc、鼻咽癌細胞KB、結(jié)腸癌細胞HCT的作用 　5.3 羥基磷灰石納米粒子對亞細胞器的影響研究 　　5.3.1 羥基磷灰石納米粒子的細胞內(nèi)定性、定位及亞細胞器的定量研究 　　5.3.2 羥基磷灰石納米粒子對肝癌細胞染色體端粒酶基因表達的影響 　5.4 羥基磷灰石納米粒子抑癌動物實驗研究 　　5.4.1 肝癌模型的建立及羥基磷》(石納米粒子的抑癌療效觀察 　　5.4.2 n-HAP對體內(nèi)肝癌細胞的抑制機理 　5.5 羥基磷灰石納米粒子-聚乳酸復(fù)合骨釘 　參考文獻 第6章 羥基磷灰石納米粒子的生物安全性評價 　6.1 本章內(nèi)容簡介 　6.2 羥基磷灰石納米粒子的血液相容性 　　6.2.1 溶血試驗、紅細胞滲透脆性實驗、懸浮穩(wěn)定性 　　6.2.2 血細胞毒性試驗 　6.3 羥基磷灰石納米粒子與血液中生物大分子間的吸附研究 　　6.3.1 生物大分子在羥基磷灰石納米粒子上的吸附量研究 　　6.3.2 生物大分子與羥基磷灰石納米粒子吸附后的紅外光譜分析 　6.4 羥基磷灰石納米粒子的遺傳毒性試驗 　6.5 鈣磷材料的體內(nèi)降解與代謝 　　6.5.1 鈣磷材料在體內(nèi)的降解途徑 　　6.5.2 鈣磷材料在體內(nèi)的代謝過程 　　6.5.3 鈣磷材料在體內(nèi)變化及參與生命過程 　參考文獻 附錄 縮略語 彩色插圖

章節(jié)摘錄

插圖：采用微乳液作為反應(yīng)介質(zhì)主要用W／O型微乳液，油相為連續(xù)相，水介質(zhì)反應(yīng)空間被表面活性劑膜所穩(wěn)定，一般稱之為“水核”（watercore）。理論上，所有可以在水介質(zhì)中發(fā)生的反應(yīng)均可以在該水池中進行。由于這種反膠束溶液或微乳液屬于熱力學(xué)穩(wěn)定體系，因此膠束具有保持穩(wěn)定小尺寸的特性，即使破裂也能重新組合，這類似于生物細胞的一些功能，如自組織性、自復(fù)制性等，因此又將其稱為智能微反應(yīng)器。就這種微反應(yīng)器而言，通過控制膠束及水池的形態(tài)、結(jié)構(gòu)、極性、滲濾性、疏水性等，可期望從分子規(guī)模來控制納米粒子的大小、形態(tài)、結(jié)構(gòu)乃至物質(zhì)特異性。因此為納米粒子的合成提供了一個重要的制備方法。反相微乳液作為反應(yīng)介質(zhì)制備納米粒子材料的研究已經(jīng)在國內(nèi)外引起廣泛的重視，但由于表面活性劑種類繁多，油一水一表面活性劑體系結(jié)構(gòu)復(fù)雜，影響因素眾多，因此在微乳液的微觀結(jié)構(gòu)和粒子形成機制等方面都還沒有成熟的理論。微乳液的制備與電導(dǎo)率的測定：微乳液的制備主要包括四個方面工作：①選擇適宜的油、表面活性劑和助表面活性劑；②確定表面活性劑的濃度；③確定助表面活性劑的濃度；④確定分散相的組成和加入量的范圍.上述工作可以通過目測透明度變化法和電導(dǎo)率法兩種方法進行，但目測法存在人為因素的誤差，因此在實驗中主要采用電導(dǎo)率法來測定微乳液體系的最大增溶水量與相結(jié)構(gòu)的變化。具體的步驟為：（1）稱取一定量的雙（2一乙基己基）琥珀?；撬徕c（AOT），將其溶于油相中，油相可以是異辛烷、正己烷和正庚烷中的任意一種。用磁力攪拌器進行攪拌。（2）加入適量的正己醇或正辛醇，測定此時的電導(dǎo)率。

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《磷灰石納米粒子的制備改性及其生物安全性》由科學(xué)出版社出版。

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