羟基磷灰石晶习及降解特性的研究

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1、中文摘要羟基磷灰石(HAP)是人体和动物骨骼的主要无机成分，近二十多年来，接近或类似于自然骨成分的无机生物医用材料的研究极其活跃，其中特别重视的是与骨组织生物相容性最好的HAP活性材料的研究。HAP在不同的生长环境下能够结晶形成多种形态，从而可以发挥其不同的性能。鉴于HAP结晶形态的重要性，本文从理论角度出发，研究了HAP在真空状态下的结晶形态以及环境因素对HAP晶习的影响。晶体外观的平衡形态可以由各个晶面的表面自由能准确的计算出来，但是它的生长形态却由难以预测的动力学因素控制着。因此，本文从结晶过程最基本、最简单的

2、情况开始，首先研究自由生长体系下单个晶体的晶习。由于晶体的最终形态与各个晶面的相对生长速率础有关，所以对晶习的模拟实际上就是对各个晶面的相对生长速率的求解。本文分别采用BFDH模型及AE模型对HAP的理论形态进行了预测。其中，BFDH模型的计算较简单，但结果与实际晶习相差较大；AE模型得到的理论晶习与实际HAP晶习比较接近。在上述理论计算的基础上，本文研究了环境因素对HAP晶习的影响。利用分子动力学方法模拟了柠檬酸、细菌纤维素及氢离子在HAP晶面的吸附过程，并计算了其与晶面的相互作用能，据此预测了这些因素对HAP晶习

3、的影响。计算结果表明：柠檬酸及细菌纤维素与HAP各晶面产生很强的相互作用，能抑制了各晶面的生长，其中与HAP(100)晶面的结合能明显高于其它晶面，因此，对(100)晶面的抑制作用最强，在柠檬酸添加剂及细菌纤维素的调控作用下，HAP将沿着(00D方向生长。氢离子在HAP各晶面的吸附作用改变了HAP各晶面的形貌重要性，使HAP(001)面成为更重要晶面，HAP晶体将沿着a轴或b轴快速生长。HAP作为植入体内的骨修复材料，其降解特性对其临床应用效果的好坏起到关键作用，由于降解过程的复杂性，对HAP的降解机理尚为明了。本文

4、采用分子动力学方法研究了HAP在水分子层作用下的降解行为，计算结果显示HAP的降解主要由表面羟基及钙离子的溶出引起。此外，通过能量计算比较了无定形HAP与结晶HAP两种结构Ca2+的溶出过程，结果表明无定形HAP比结晶HAP更易发生降解。关键词：晶习，HAP，密度泛函理论，结晶形态，BFDHABSTRACTHydroxyapatite(HA)isoneofmostimportantinorganiccomponents．Inrecent20years，thestudyofbiomaterialslikenatural

5、boneisactive．HAwasbelievedtobethebestmaterialsforbonestructure．DifferentkindsofHAPcrystalmorphologycanbeformedintermsofdifferentgrowthconditions．Asfortheimportanceofcrystalmorphology,ThecrystalhabitofHAPinvacuumconditionandtheeffectsofadditivesoncrystalhabitswa

6、sstudiedtheoretically．Theequilibriummorphologyofacrystalcallbedecidedfromaconsiderationofthesurfacefreeenergiesofthevariouscrystallographicfaces,butthegrowthmorphologyisdecidedbykineticfactorsthatarehardertopredict．Consideringthedifficultyinpredictingthepractic

7、alcrystalhabit，thecrystalhabitofHAPinvacuumwasstudiedfirst．Itsmorphologydependsontherelativegrowthrates碟ofcrystalfaces．Severaltheories，suchasBFDH，PBC，AE，etalhadbeenadvancedtorelate蟛togeometricofenergeticcharacteristicsofthesurfaces．ThemorphologyofHAPpredictedby

8、BFDHmodelwasdifferentfromtheactualdate，buttheresultofAEmodelwassimilartothecrystalmorphologyofHAP．Molecularmodelingtechniquesareemployedtoinvestigatetheadsorptionofsomeenvir