基于自身结构特性的羟基磷灰石超长一维微/纳米结构的可控合成、生长机理及其柔韧性

Hydroxyapatite (HAp) is a commonly used biomedical inorganic material, which plays an important role in human health and improving the quality of life. But the brittleness of HAp has been the bottleneck problem of its further development and application. To solve the key problem, this project proposes the preparation of ultralong HAp one-dimensional micro/nano material with flexible property. Unlike the preparation method of HAp one-dimensional nanomaterial reported in the past, the preparation method proposed in this project is completely based on the anisotropic crystal structure of HAp. The prepared HAp one-dimensional micro/nano materials have length up to hundreds of micrometers, and the method can be further enlargement. The growth driving force and growth mechanism of the ultralong HAp one-dimensional micro/nano material will be further revealed. The prepared HAp micro/nano material can be assembled into “HAp paper”, which has operatability. Through the combination of macro deformation and micro morphological observation of the “HAp paper”, the flexible property of the ultralong HAp one-dimensional micro/nano material will be studied. The results would provide with the theory and technology support for construction more macro device through using the HAp one-dimensional micro/nano material as building unit and practical application, and also provide a reference for other similar structure materials.

羟基磷灰石（HAp）是一种常用的生物医用无机材料，对人类的健康以及生活质量的提高起着重要的作用。但其本身的脆性问题一直是制约其进一步发展和应用的瓶颈问题。为了解决这一关键问题，本项目提出了具有柔韧性的超长HAp一维微/纳米结构材料的制备。与以往报道的HAp一维纳米材料制备方法所不同的是，本项目是完全基于HAp自身晶体结构各向异性的基础上提出的一种超长的HAp一维微/纳米结构材料的宏量制备方法，其长度可达几百微米，且可以进行放大生产。本项目将揭示HAp一维微/纳米材料持续生长的驱动力及生长机制；在此基础上，利用HAp一维微/纳米结构可组装成可操控的“HAp纸”的新颖特性，通过操纵“HAp纸”进行宏观变形并结合微观结构的观察分析，实现对其最基本组装单元HAp一维微/纳米结构材料的柔韧性的研究，并揭示其柔韧性机制，为以后以其为基本单元构建更多的宏观器件及实际应用方面的设计提供理论指导和技术支撑。

羟基磷灰石是一种常用的生物医用材料，对人类的健康及生活质量的提高起着重要的作用，但其本身的脆性问题一直是制约其进一步发展和应用的瓶颈问题。本项目在不添加任何表面活性剂、有机溶剂及模板的情况下，采用简单的水热法成功制备出了具有柔韧性的超长羟基磷灰石一维微/纳米材料。其长度约为几百个微米，长径比高达100以上，且沿[001]方向择优取向性生长，实现了其可控制备，并阐述了其持续生长的驱动力和生长机制，解决了限制其应用的脆性问题。在此研究成果的基础上，本项目研究人员还开发了多种不同形态的羟基磷灰石的制备工艺，并将其应用于药物载体以及医用镁合金表面的涂层材料，均取得了良好的应用效果。与颗粒状纳米羟基磷灰石相比，本项目研发的超长羟基磷灰石一维微/纳米材料表现出良好的组装性能。为了进一步研究了羟基磷灰石的力学性能，本项目通过真空抽滤及造纸工艺制备了羟基磷灰石二维组装体——“羟基磷灰石纸”，该组装纸可以进行任意的弯折和变形，而不会发生断裂，充分表现出了良好的柔韧性。通过对“羟基磷灰石纸”在外来作用下的变形和弯曲情况的操纵，利用扫描电镜观察了其弯曲部位的微观形态，根据观察结果评价了其柔韧性，并对其出现柔韧性的机理进行了阐述。同时，本项目还将制备的超长羟基磷灰石一维微/纳米结构材料与木质纤维素混合，制备了具有更高强韧性的“复合纸”，并将其应用于有机污染颜料的吸附，其吸附效率可达90%以上。用这种复合纸去吸附水中的有机物可以解决直接使用粉末状羟基磷灰石存在的难以回收的问题，并且吸附后的纸张可以重复使用，便于操作。本项目的研究成果在一定程度上解决了羟基磷灰石的脆性问题，并对其它具有类似结构的一维纳米材料的制备及其柔韧性的研究具有重要的指导意义。