合成鋅摻雜納米羥基磷灰石的精細結構.pdf

1、作為哺乳動物體內骨和牙釉質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在臨床上得到實際應用。為了更進一步提高羥基磷灰石在骨修復過程中的適應性，通過離子摻雜的方法改善羥基磷灰石的物化性質和生物相容性已經成為生物材料研究中的重要領域。
　　體內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

2、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，對包括鋅在內的幾種二價陽離子（Mg2+，Sr2+，Zn2+，Cd2+）取代羥基磷灰石引起系統(tǒng)總能量和晶體結構畸變的趨勢進行密度泛函理論計算。結合實驗和理論計算的結果分析在低濃度（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。主要包括以下內容：
　　

3、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構的ZnHAp，用電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜儀（Inductively Coupled Plasma Atomic Emission Spectrometer，ICP-AES）確定了產物中鋅的總含量是加入量的74～81%，用透射電鏡（Transmission Electron Microscope，TEM）檢測到合成產物是短棒狀的長度約為100 nm，寬度約為30

4、 nm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）檢測到產物的主相與PDF標準卡片（PDF09-0432）吻合，XRD衍射數(shù)據計算結果表明晶胞體積隨著鋅含量的升高有減小的趨勢：Zn2+的濃度從0.1 mol%～1 mol%，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

5、軟件包計算了一系列二價陽離子（Mg2+、Sr2+、Zn2+、Cd2+）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射線吸收近邊結構譜（X-ray Absorption Near EdgeStructure，XANES）和擴展邊精細結構譜（Extended X-ray Absorption Fine Structure， EXAFS）結果表明對于本實驗中的較高濃度（0.5 m

6、ol.%～1 mol.%）的樣品，鋅在產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0.1 mol.%的樣品，鋅以兩種配位環(huán)境存在。結合PSPW計算結果表明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-O4）的配位結構。用Artemis軟件擬合EXAFS的結果表明鋅在產物樣品中的配位數(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（0.1 mol.%）的Z