单分散羟基磷灰石纳米晶的表面功能化及其生物应用

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1、分类号：TQ031学校代码：10697密级：公开学号：201520726硕士学位论文MASTER’SDISSERTATION单分散羟基磷灰石纳米晶的表面功能化及其生物应用学科名称：化学工艺作者:罗玮华指导老师：惠俊峰教授西北大学学位评定委员会二○一八年SurfacefunctionalizationofmonodispersehydroxyapatitenanocrystalsandtheirbiologicalapplicationsAthesissubmittedtoNorthwestUniversity

2、inpartialfulfillmentoftherequirementsforthedegreeofMasterinChemicalTechnologyByWeihuaLuoSupervisor:JunfengHuiProfessorJune2018摘要羟基磷灰石（Ca10(PO4)6(OH)2,HAp）是人体硬组织中的主要无机成分，其化学组成和晶体结构非常接近于生物骨骼和牙釉质中的主要无机组成成分。HAp在骨组织工程再生和重建、生物大分子的分离与纯化、药物缓释的载体、抗肿瘤、化学催化剂等各方面具有非常大的

3、应用潜力。但是在其实际应用过程中仍然挑战颇多，例如难以获得同时具备理想的晶体纯度和晶粒尺寸以及优良的水分散性的HAp材料。这些问题严重限制了HAp纳米材料进一步的发展应用。本文中，通过liquid-solid-solution(LSS)体系的水热法制备出HAp纳米材料，并对其进行了掺杂改性和表面功能化。通过不同方法合成出同时具备优异的水分散能力、生物可降解性和发光特性的HAp纳米材料。并检测了材料的生物相容性和细胞摄取行为，探究了在细胞成像领域的应用潜能。1.利用水热合成法制备出铕离子掺杂的HAp纳米材料，通

4、过无金属参与的原子转移自由基聚合（ATRP）方法，在HAp表面嫁接2-甲基丙烯酰氧乙基磷酰胆碱（MPC）的聚合物，得到被亲水性高分子修饰的HAp纳米材料（HAp-polyMPC）。经过改性后的HAp保持了其良好的形貌，在水中可保持分散状态长达12小时以上不沉淀。并且细胞实验评估结果显示HAp-polyMPC拥有良好的生物相容性和细胞摄取行为，继而成功将其应用于细胞成像领域。2.以具有良好的生物相容性和亲水性的聚乙二醇甲基丙烯酸酯（PEGMA）作为单体，通过光致引发可逆加成-断裂链转移（photo-RAFT）聚

5、合方法对稀土离子掺杂的HAp纳米材料进行改性，得到水分散性良好的荧光HAp纳米材料（HAp-polyPEGMA）。基于改性后得到的HAp纳米材料良好的性质，成功探索了其在细胞成像方面的应用。3.通过多功能有机荧光物质以可控一锅法自由基聚合构建HAp纳米材料：通过配体交换反应将多功能有机高分子荧光染料键合到HAp表面。然后以PEGMA为单体，利用无金属参与的ATRP引发单体在材料表面聚合。最终制备得到同时具有良好荧光性能和卓越水分散性的HAp纳米材料，并进一步探究了其在细胞成像方面的应用。4.利用超分子化学制备

6、功能化荧光HAp：利用β环糊精-超支化缩水甘油（β-CD-HPG）与羟基磷灰石-金刚烷（HAp-Ad）之间的主客体自组装的性质，β-CD-HPG会与HAp-Ad形成1:1的包合配合物，最终制备得到具有良好水分散性的荧光羟基磷灰石I（HAp-β-CD-HPG）。关键词：羟基磷灰石，表面改性，聚合反应，细胞成像IIABSTRACTHydroxyapatite(Ca10(PO4)6(OH)2,HAp)isthemaininorganiccomponentinhumanhardtissues.Itschemicalc

7、ompositionandcrystalstructureareveryclosetothemaininorganiccomponentsinbiologicalboneandenamel.HAphasgreatapplicationpotentialinthefieldsofbonetissueengineeringregenerationandreconstruction,separationandpurificationofbiomacromolecules,carriersfordrugrelease

8、,anti-tumor,andchemicalcatalysts,etc.However,therearestillalotofchallengesinitspracticalapplication.Forexample,itisdifficulttoobtainHApmaterialsthathavebothdesirablecrystalpurityandgrainsizeandoutstand