多孔氧化锌材料的快速制备与生物医学应用研究

Zinc oxide has become an important research area of biomaterials because it combines both biocompatibility and antibacterial properties. At present, although various zinc oxide materials have accumulated a wealth of research base, most of them still has three typical flaws: long preparation cycle, the lack of porous microstructure with large specific surface area, and large band gap. Due to its large band gap, the photocatalytic performance of zinc oxide could only be effectively stimulated by harmful ultraviolet or blue-violet light source, which seriously limits the applications of zinc oxide in biomedical field. In the preliminary work, the applicant found that zinc oxide/carbon composite microspheres with porous structure can be prepared in a few minutes through a microwave-induced rapid dehydration reaction. This composite porous structure not only remarkably increased the specific surface area, but also decreased the band gap to 2.2eV. In theory, a safer yellow/green light source can excite this porous material which achieve greater security fundamentally. Based on the above findings, the applicant applies for a systematic study on porous zinc oxide materials. It is proposed to quickly prepare a series of porous zinc oxides with lower energy gaps by adjusting the reaction parameters. The application range of zinc oxide in the biomedical field could be accordingly extended through related performance studies.

氧化锌，因其兼顾生物相容性与抗菌性能，已成为生物材料的一个重要研究方向。目前，尽管已经积累了丰富的研究基础，但总体而言，氧化锌制备周期较长，缺少多孔微结构，以及激发光谱较窄这三大典型缺陷依旧普遍存在。而且，由于氧化锌的能带间隙偏高，必须使用对人体有害的紫外线或蓝紫光源，才能有效激发其光催化性能，这一缺陷严重限制了氧化锌在生物医用领域的应用范围。在前期工作中。申请人发现，微波诱导的快速脱水反应，可在几分钟内制备出具备多孔结构的氧化锌微球。这种复合多孔结构不仅大幅提升了比表面积，而且把材料的能带间隙调低至2.2eV。理论上说，通过更安全的黄绿色光源，即可激发这种多孔材料，这从根本上提升了材料的使用安全性。根据上述研究基础，现申请展开针对多孔氧化锌材料的系统研究。拟通过调节反应参数，快速制备出一系列较低能带间隙的多孔氧化锌，并通过相关性能研究，拓展氧化锌在生物医用领域的应用范围。

氧化锌，因其兼顾l良好的生物相容性与优异的抗菌性能，已成为生物材料的一个重要研究方向。但因其制备周期较长、缺少多孔微结构以及激发光谱较窄（有害的紫外或蓝紫光源激发）的典型缺陷，严重限制了氧化锌在生物医用领域的应用范围。在前期工作中，申请人发现，微波诱导的快速脱水反应可在几分钟内制备出多孔结构的氧化锌球。这种多孔结构不仅大幅提升了比表面积，而且把氧化锌的能带间隙调低至2.2 eV。理论上说，这种低能带间隙的氧化锌可以被更安全的长波长光源（黄绿色光源）激发，这从根本上提升了氧化锌光催化性能在生物医学领域的使用安全性。因此，申请人开展了对氧化锌材料的系统研究。首先通过调节反应参数，快速制备出了一系列较低能带间隙的多孔氧化锌，随后完成了对相关性能（光催化、抗菌和生物安全性等）的探究，发现所制备的氧化锌可以有效被长波长光源激发，表现出良好的光催化性能，对各种致病菌展现出优异的抗菌效果，同时经改性后的氧化锌均表现出了良好的生物安全性，为其体内应用奠定了基础。最后完成了在动物层面对医学领域（口腔、骨、眼、耳、心血管、皮肤）的初步应用，表现出对各类疾病的治疗潜力。值得一提的是，基于该项目的专利“一种由可见光激发氧化还原反应的美白牙膏及其制备方法”已初步实现成果转化，所制备的产品已完成中试。总之，该项目的开展对氧化锌的基础理论研究和临床转化应用具有重要的指导意义。