羟基磷灰石HA陶瓷生产实验.docx

1、羟基磷灰石HA陶瓷生产实验羟基磷灰石 (HA) 陶瓷生产实验1.实验目的1.1初步训练方案设计、实验、生产、检验等的能力 ;1.2培养查阅文献、市场调研、搜集和整理资料、设计、项目管理、 科学实验、生产制造、分析问题和解决问题、发表见解的初步能力 ;1.3掌握羟基磷灰石的基本性质、功能和用途，以及几种制备羟基磷 灰石的原理和方法；1.4实践利用湿化学法中的沉淀法制备羟基磷灰石粉体；1.5熟悉和掌握相关仪器设备的使用。2.实验原理羟基磷灰石Hydroxyapatite , HA ;分子式：Caio(P04)6(OH) 2 的化学组成和结晶结构类似于人骨骼系统中的磷灰石， 优良的生物活 性和生物相

2、容性是其最大的优点， 人体骨细胞可以在羟基磷灰石上直 接形成化学结合， 在普通合成的生物材料中添加少量纳米羟基磷灰石 可显著改善材料对成骨细胞的粘附和增殖能力， 促进新骨形成， 因此 适宜于做骨替代物。羟基磷灰石的钙磷摩尔比为 1.67 ，与天然骨相 近。目前生产羟基磷灰石的方法主要分为湿法合成和干法合成， 其中 湿法包括溶胶 - 凝胶法、沉淀法和水热法三种 3,4,5 。2.1溶胶- 凝胶法溶胶 -凝胶法是近些年来才发展起来的新方法，已经引起了广泛的关注。找到合适的、 能够合成最终的羟基磷灰石的溶胶一凝胶体系 是其合成的关键。其原理是：将醇盐溶解在选定的有机溶剂中，在其 中加蒸馏水使醇盐发生

3、水解、聚合反应后生成溶胶，再将 Ca2+ 溶胶缓慢滴加到(PO4)3-溶胶中，加水变为凝胶，凝胶经老化、洗涤、真空 状态下低温干燥，得到干凝胶，再将干凝胶高温煅烧就得到羟基磷 灰石的纳米粉体。该方法的优点为：合成及烧结温度低、可存分子水 平上混合钙磷的前驱体， 使溶胶具有高度的化学均匀性。 缺点是化学 过程比较复杂、醇盐原料价格昂贵、有机溶剂毒性大，对环境易造成 污染等。2.2 沉淀法沉淀法是制备羟基磷灰石粉体最典型的方法。 这种方法通常采用 把一定浓度的磷酸氢铵和硝酸钙反应或者磷酸与氢氧化钙在一定的 温度下搅拌反应生成羟基磷灰石沉淀， 反应过程中使用氨水 ( NaOH 溶液 1mol/L )

4、调节 pH 值，把沉淀物高温煅烧从而得到羟基磷灰石 粉体。其典型工艺： Ca(NO 3)2 与磷酸盐 (NH 4)3PO4、 (NH 4)2HPO4、 NH4H2PO4溶液进行反应，沉淀经过滤、干燥，制成粉末颗粒。 2.3. 水热法水热法其特点是在特制的密闭的反应器(高压釜)内，水溶液为 反应介质。在高温高压环境中，不受沸点的限制，可以使介质的温度 上升到200-400 C,使原来难溶或不溶的物质溶解并重新结品的方 法。这种方法通常采用磷酸氢钙等为原料的水溶液体系。 在高压釜中 制备HA粉体。其典型的工艺为：以CaCl2或Ca(NO 3)2与NH 4H2PO4 为原料，以钛网、 Ti6Al6V

5、 片或其他合金为阴极，以石墨为阳极。控 制一定的pH值和沉淀时间，可得CaHPO4 2H2O,随后经水蒸气处 理，即得到羟基磷灰石。化学反应如下：H2PO4- = HPO 42- + H +HPO 42- + Ca 2+ + 2H 2O = CaHPO 4 2H 2OlOCaHPO 4 2H2O = Ca io(P04)6(OH)2 + 4H 3PO4 +18H 203.实验设计3.1资料查询3.1.1参考网站 :1中国化工信息网 :2中国知网羟基磷灰石陶瓷纤维制作工艺的研究3万方数据 : 硅灰石增韧多孔羟基磷灰石生物陶瓷的制备工艺及性 能研究3.1.2参考文献1邱关明编 .新型陶瓷 . 北京

6、 :兵器工业出版社 ,19932周松青 ,彩釉砖胚的裂纹和变形缺陷机理分析 .陶瓷 199o3周松青 .杜海清 .彩釉砖版面细小裂纹的随机性及数理统计 .中国陶瓷 19943.1.3参考标准国家陶瓷质量检测中心 .彩色釉面砖外观质量 .行业标准3.1.4参考信息 目前为止我国生产羟基磷灰石陶瓷的方法有如下几种 :1)水热法 :水热工艺为无水磷酸氢钙与磷酸在高压锅中反应。 温度 为 100-500, 压力为 1-500 大气压 ,制备时间约 48 小时。2)固相反应法 :将碳酸钙与磷酸盐混合均匀 ,在高温下发生固相反 应,生成磷酸钙陶瓷。3)湿法式 .利用钙离子与磷酸根离子在一定条件下 ,在水溶

7、液中反 应合成羟基磷灰石陶瓷。在以上三个工艺中 ,因反应在高温高压下进行 ,合成设备相当贵 , 而且设备操作复杂 ,能量消耗大。而湿式法工艺相对来说较为简单易 行。3.2市场调查羟基磷灰石，又称羟磷灰石，是钙磷灰石( Ca5(PO4)3(OH) ) 的自然矿物化。但是经常被写成( Ca10(PO4)6(OH)2 )的形式以突 出它是由两部分组成的：羟基与磷灰石。 OH- 基能被氟化物、氯化物 和碳酸根离子代替， 生成氟基磷灰石或氯基磷灰石， 其中的钙离子可 以被多种金属离子通过发生离子交换反应代替， 形成对应金属离子的 M 磷灰石( M 代表取代钙离子的金属离子) 。羟基磷灰石( HAP )是

8、 脊椎动物骨骼和牙齿的主要组成， 人的牙釉质中羟基磷灰石的含量在 96% 以上。羟基磷灰石具有优良的生物相容性， 并可作为一种骨骼或 牙齿的诱导因子， 在口腔保健领域中对牙齿具有较好的再矿化、 脱敏 以及美白作用。实验证明 HAP 粒子与牙釉质生物相容性好，亲和性 高，其矿化液能够有效形成再矿化沉积，阻止钙离子流失，解决牙釉 质脱矿问题，从根本上预防龋齿病。含有 HAP 材料的牙膏对唾液蛋 白、葡聚糖具有强吸附作用，能减少患者口腔的牙菌斑，促进牙龈炎 愈合，对龋病、牙周病有较好的防治作用。羟基磷灰石陶瓷的研究和应用 ,在生物材料工程界引起极大关注 , 利用陶瓷羟基磷灰石制成的人造骨 ,人造牙齿

9、 ,人造关节等 ,已用于很 多实验.3.3实验依据羟基磷灰石具有独特的分离机理， 是唯一直接用于蛋白质和核酸 纯化的无机层析填料，高度耐碱，生物安全性最高。其中磷酸离子与 带正电的蛋白质以离子键结合，具有离子交换特性，可由 NaCl 浓度 梯度或磷酸钠浓度梯度洗脱，其中的Ca2 +离子与带负电蛋白质的自 由羧基以金属螯合方式结合，该结合方式对 NaCl 不敏感，可由磷酸 钠浓度梯度洗脱。 因此该填料既可以用磷酸钠单梯度洗脱， 也可以采 用 NaCl 梯度洗脱后以低浓度磷酸钠缓冲液平衡， 再以磷酸钠浓度梯 度洗脱的双梯度洗脱模型， 以达到更高的分辨率。 羟基磷灰石类型选 择：羟基磷灰石因陶瓷化工

10、艺不同分为 2种类型：A型和B型，I型 对蛋白质具有更大的保留， 对普通蛋白质具有更大的动态载量， 主要 纯化大部分蛋白质（分子量一般在 100kd 下）；B型由于孔径较A 型大，因而对抗体和部分重组疫苗等大分子量蛋白质的动态载量更高，而对HSA几乎无保留，因而更适合于抗体的纯化，同时 II型对核酸具有更大的保留，能够分辩单、双链、是否超螺旋等各种高级结 构的核酸，因而也适合纯化核酸。3.4所需设备和原料实验原料磷酸二氢钙（Ca（H2PO4）2 H2O）、氢氧化钙（Ca（0H）2）、柠檬酸（C6H8O7 ）、无水乙醇（C2H6O ）和去离子水。该实验以磷酸二氢钙和氢氧化钙为主要原料，按 54

11、: 37的配比 混合，用去离子水作为溶剂，并加入适量的添加剂（柠檬酸） 。其化 学 反 应 式： 3Ca（H2PO4）2 H2O+7Ca（OH） 2 Caio（P04）6（OH）2+15H 2O。实验仪器及设备该试验的仪器主要有：三角瓶、烧杯、量筒、蒸发皿、研钵、球 磨棒；该试验的设备主要有：电热恒温水浴锅、强力搅拌机、离心机、 电热鼓风干燥箱、烧结炉、电子天平。4.主要设备的使用及注意事项4.1电热恒温水浴锅电热恒温水浴锅为水槽式，水槽用不锈钢制作，机箱用优质冷轧钢板精心制作而成。控温部分用特制的电子控温；以数显显示锅内实际温度，具有造型美观耐腐蚀、控温稳定、节能实用、维修方便、长寿等特点。

12、如图所示：1、 接通电源，设定温度：按SET键可设定或查看温度设定点。按一 下SET键数码管字符开始闪动，表示仪表进入设定状态，按-键设定值 增加，按J键设定值减小，长按键或-键数据会快速变动，再一次按 SET键仪表回到正常工作状态温度设定完毕；2、 通电前应先将水注入锅内至隔板以上，使用过程中加热管绝不能露出水面，否则加热管将会烧毁甚至爆裂或焊锡融化漏水、触电等；3、 安全用电：该产品用220V交流电源，电源插座应采用三孔安全 插座，必须妥善接地，切不可将地线接到煤气管上；4、 如需作100 C沸水蒸馏使用时，加水不能过多，以免沸腾时溢出。电热恒温水浴锅有加热和恒温二只指示灯表示工作状态，温

13、度表头示 值为锅内实际温度。4.2强力搅拌机该实验采用的是JB系列搅拌机调速器，该设备由搅拌驱动主机、 运行状态控制器、机架等组成。搅拌驱动主机采用高密度压铸铝合金 机壳的微型电机、输出端应用多级增力机构，低速搅拌运行转矩输出 大，运行稳定；运行状态控制器采用无级调速器，运行转速可按实验 所需任意选择；机架开放式的应用，扩大混合介质容器的选择性；搅 拌棒轧头，卸装简便。产品具有连续使用性能好，实验操作方便等特 性。如图所示：4.3离心机离心原理，当含有细小颗粒的悬浮液静置不动时，由于重力场的作用使得悬浮的颗粒逐渐下沉。粒子越重，下沉越快，反之密度比液 体小的粒子就会上浮。微粒在重力场下移动的速

14、度与微粒的大小、 形 态和密度有关，并且又与重力场的强度及液体的粘度有关。 象红血球 大小的颗粒，直径为数微米，就可以在通常重力作用下观察到它们的 沉降过程。此外，物质在介质中沉降时还伴随有扩散现象。扩散是无条件的 绝对的。扩散与物质的质量成反比，颗粒越小扩散越严重。而沉降是 相对的，有条件的，要受到外力才能运动。沉降与物体重量成正比， 颗粒越大沉降越快。对小于几微米的微粒如病毒或蛋白质等，它们在 溶液中成胶体或半胶体状态，仅仅利用重力是不可能观察到沉降过程 的。因为颗粒越小沉降越慢，而扩散现象则越严重。所以需要利用离 心机产生强大的离心力，才能迫使这些微粒克服扩散产生沉降运动。 离心就是利用

15、离心机转子高速旋转产生的强大的离心力， 加快液体中 颗粒的沉降速度，把样品中不同沉降系数和浮力密度的物质分离开。 如下图：4.4电子天平电子天平，用于称量物体质量。电子天平一般采用应变式传感器、 电容式传感器、电磁平衡式传感器。应变式传感器，结构简单、造价 低，但精度有限，目前不能做到很高精度；电容式传感器称量速度快, 性价比较高，但也不能达到很高精度；采用电磁平衡传感器的电子天 平。其特点是称量准确可靠、显示快速清晰并且具有自动检测系统、简便的自动校准装置以及超载保护等装置。注意事项:1、 为正确使用天平，请您熟悉天平的几种状态：显示器右上角显示0:表示显示器处于关断状态；显示器左下角显示 0:表示仪器处于 待机状态，可进行称量；显示器左上角出现菱形标志：表示仪器的微 处理器正在执行某个功能，此时不接受其他任务；2、 天平在安装时已经过严格校准，故不可轻易移动天平，否则校准 工作需重新进行；3、 严禁不使用称量纸直接称量！每次称量后，请清洁天平，避免对天平造成污染而影响称量精度，以及影响他人的工作。4.5 电热鼓风干燥箱 鼓风干燥箱根据应用的不同，又称为鼓风干燥箱和恒温干燥箱， 老化箱，烘箱等。 DHG 系列电热鼓风干燥箱采用国内外技术设计， 国内最新颖款式， 采用低噪声风机， 通用送风系统使空气所经过加热 体时能最大限度的带走很多热量，很快达到设定温度。DHG 系列鼓风干燥箱