南京先歐儀器制造有限公司

超聲波微波組合式化學反應器三斜磷鈣石直接轉化為牙釉質羥基磷灰石

到目前為止,制造仿生牙釉質羥基磷灰石(HA)的方式吸引了人們的極大關注,因羥基磷灰石晶體結構組織的仿生率已能達到極高。此研究在沒有表面活性劑、有機溶劑或結構導向劑,通過簡易方法研究了從三斜磷鈣石(CaHPO4)單晶體直接轉化為牙釉質羥基磷灰石的納米級微型層次結構。CaHPO4前體首先借助超聲波微波組合式化學反應器,在超聲波微波同時輻射下適當地形成了。高度取向的羥基磷灰石由平行結構的細小晶體構成,然后其初級粒子在堿性水溶液經過微波輻射。本研究表明,獲得牙釉質羥基磷灰石高度取向的層次結構的形成是由于其和CaHPO4有序結構的相似性,以及超聲波微波組合式化學反應器下超快的轉化率。
 
羥基磷灰石(Ca10(PO4)6(OH)2,HA),是構成人體骨骼和牙齒的主要礦物,由于其優良的生物相容性和傳導功能,在醫藥和牙科廣泛應用。牙釉質是最難最高礦化的人體組織。它是由HA晶體的納米級水平的高度有序陣列和成捆微晶編織而成的復雜體系結構。這種獨特的分層結構具備優異的力學性能,對牙釉質和牙的保護起著關鍵作用。成熟的牙釉質不是活組織,在受損時幾乎不能自我修復。目前,牙釉質缺損后的修復是填充金屬、陶瓷、樹脂等材料,然而,這些材料相對于牙釉質在化學成分和晶體結構的差異比較大。另外繼發齲頻繁地出現在牙齒和修復材料之間的接口,而HA不能只修復早期齲樣損害,同時也有助于防止其再次發生的加強天然牙釉質。另一項研究表明,HA漿料
可適用表面的琺瑯質,使牙釉質表現出相當的機械強度。這些研究表明,HA材料非常重要,要開發一種簡易的方法合成牙釉質樣分層結構的HA材料。
 
為合成牙釉質結構的HA,人們研究了很多種方法,如氨基酸、蛋白質、表面活性劑的使用有助于獲得HA晶體定向的排列。例如,福勒等人的研究中,成捆的共同對齊HA纖維通過含表面活性劑的乙基液纖維琥珀酸酯磺酸鈉(AOT)、水和油中合成?死松热说难芯恐,通過熱液技術可生成牙釉質棱柱狀結構。雖然這些研究表明HA材料已能合成,但在納米級微尺度水平上模仿牙釉質層次結構仍然是一個巨大的挑戰。此外,這些方法利用結構導向劑和其他的化學物質,可能會導致不必要的生物邏輯影響。
 
三斜磷鈣石(CaHPO4),是弱酸性的鈣磷酸鹽,經常用作磷酸鈣鹽膠結物的組件,最近的研究表明其良好的傳導和吸收屬性。三斜磷鈣石在很長時間中被用作的合成HA的初級粒子。然而據我們所知,通過分層結構高度化與牙釉質樣HA前驅體的直接轉換還未有文獻報道。此外,雖然已有很多人為合成CaHPO4付出了巨大努力,但CaHPO4單晶體的形狀、粒度和粒度分布在不使用對環境有害的溶劑或表面活性劑的情況下仍舊很難控制。最近的研究結果表明,超聲波微波協同輻射的合成處理在材料合成領域具有很大潛力。與傳統加熱方式相比較,微波快速加熱具有很多優點,如反應時間短、減少能源消耗,產量更大等。超聲波的空化作用(在液體中形成、生長和內爆型崩潰的氣泡)誘導高強度超聲可以生成5000K的熱點溫度和1000巴的壓力,能夠合成的不尋常納米材料種類繁多。超聲波微波組合式化學反應器將超聲波微波兩種技術的優點相結合,為CaHPO4的合成提供了很大助力。
 
因此,在本研究中,規則形狀的CaHPO4單晶體通過微波和超聲波的同時照射合成了。
 
摘譯自中科院上海硅酸研究所論文《Dental enamel-like hydroxyapatite transformed directly from monetite》,作者Zhaoyong Zou、Xiaoguo Liu、Lei Chen、Kaili Lin、Jiang Chang。該研究所用實驗儀器超聲波微波組合式化學反應器由南京先歐儀器制造有限公司研發生產。

超聲波微波組合式化學反應器
 

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