羟基磷灰石在磺化聚醚苯并咪唑薄膜表面的生长 (2010年)

以聚[2,2′-(对氧基联苯)-5,5′-苯并咪唑](OPBI)及其磺化产物磺化聚[2,2′-(对氧基联苯)-5,5′-苯并咪唑](SOPBI)薄膜作为基体,采用交替沉积和模拟体液(SBF)浸泡相结合的方法快速在薄膜表面沉积羟基磷灰石层。采用选区电子衍射(SAED)和衰减全反射傅里叶变换红外光谱(ATR-FTIR)对羟基磷灰石(HA)的晶体结构进行了分析。用扫描电子显微镜(SEM)对整个沉积过程中羟基磷灰石的形态变化进行了跟踪。实验结果表明,SOPBI薄膜诱导HA沉积的速率明显快于OPBI薄膜。SOPBI ### 羟基磷灰石在磺化聚醚苯并咪唑薄膜表面的生长 #### 研究背景与意义 本研究聚焦于利用聚[2,2′-(对氧基联苯)-5,5′-苯并咪唑]（OPBI）及其磺化产物磺化聚[2,2′-(对氧基联苯)-5,5′-苯并咪唑]（SOPBI）薄膜作为基体，在其表面快速沉积羟基磷灰石（Hydroxyapatite, HA）。羟基磷灰石作为一种重要的生物陶瓷材料，因其与人体骨骼成分相似而在生物医学领域具有广泛的应用前景，尤其是在组织工程和修复领域。 #### 实验方法与设计 本研究采用交替沉积法和模拟体液（Simulated Body Fluid, SBF）浸泡相结合的方法来实现HA在OPBI和SOPBI薄膜上的快速沉积。通过这种方法，可以在较短的时间内获得高质量的HA层。为了表征HA的晶体结构，采用了选区电子衍射（Selected Area Electron Diffraction, SAED）和衰减全反射傅里叶变换红外光谱（Attenuated Total Reflection Fourier Transform Infrared Spectroscopy, ATR-FTIR）技术。此外，还使用扫描电子显微镜（Scanning Electron Microscope, SEM）来观察整个沉积过程中HA的形态变化。 #### 结果与讨论 研究结果显示，SOPBI薄膜诱导HA沉积的速度显著高于OPBI薄膜。这一现象可以从SOPBI中存在的磺酸基团角度进行解释。磺酸基团不仅提供了固定的Ca²⁺负电表面，还增强了咪唑基团对Ca²⁺的固定能力。相比之下，缺乏磺酸基团的OPBI在不同pH值的交替沉积溶液中的电离形式，阻碍了咪唑基团对Ca²⁺和HPO₄²⁻的作用，并且在SBF浸泡过程中未能得到显著改善。 #### 官能团作用机制 SOPBI中的咪唑基团和磺酸基团对于促进HA的沉积起着关键作用。咪唑基团能够通过络合作用固定Ca²⁺离子，而磺酸基团的存在为Ca²⁺提供了一个稳定的负电环境，这有助于加速HA的成核与生长。此外，SOPBI作为燃料电池薄膜材料时展现出的对水的亲和性、湿态下的机械性能及优良的热稳定性也是其成为理想的HA沉积基体材料的优势之一。 #### 沉积优化方法 为了进一步优化HA的沉积，研究采用了交替沉积法和SBF浸泡法相结合的方式。首先通过交替沉积法引入HA的前驱体，随后在SBF溶液中进行长时间的浸泡，以促进HA的进一步生长和晶型转化，最终形成类骨结构的HA。这种结合两种方法的策略不仅缩短了HA的沉积时间，还提高了最终HA层的质量。 #### 结论 本研究成功地在OPBI和SOPBI薄膜上实现了羟基磷灰石的快速沉积。特别是SOPBI薄膜由于其独特的化学结构，表现出了更高的HA沉积速率。通过交替沉积和SBF浸泡相结合的方法，不仅可以有效提高HA的沉积效率，还能确保最终产物具有良好的晶体结构和生物学特性，为开发新型生物医用材料提供了重要的科学依据和技术支持。