石墨烯-羟基磷灰石纳米复合材料的合成及其在骨组织工程中的潜在应用

本工作阐述了一种制备具有相反取向的纳米羟基磷灰石与石墨烯纳米带新型复合材料的策略。这些生物材料在骨组织工程支架的开发中具有重要意义。该方法是一种简单的一步合成法。

这是一种快速、有效且经济的方法。该研究在治疗骨损伤及相关疾病背景下具有重要意义，因为更强的骨组织再生能力将促进快速愈合。首先，使用50毫升反应混合物合成纯净的羟基磷灰石纳米颗粒。

逐滴加入25%氨水以维持pH值约为10。随后，将反应混合物在超声辐照下搅拌30分钟。将所得溶液在室温下静置成熟120小时，直至羟基磷灰石纳米颗粒的白色沉淀析出。

通过在室温下以1,398 × g离心五分钟来回收羟基磷灰石纳米颗粒。用去离子水洗涤沉淀物三次。为制备nHAP/GNR纳米复合材料，采用共功能化策略，首先将5毫克石墨烯纳米带溶解于1摩尔四水合硝酸钙和0.67摩尔磷酸氢二铵的混合溶液中，最终体积为50毫升。

在该反应过程中，逐滴加入25%的氢氧化铵以维持pH值在约10。将所得混合物通过超声处理搅拌30分钟。反应完成后，将溶液在室温下静置120小时，直至成熟。

观察羟基磷灰石纳米颗粒凝胶状沉淀的形成，该沉淀包裹在石墨烯纳米带表面，随后生成白色的nHAP/GNR沉淀。将沉淀物在室温下以1,398 × g离心5分钟，并用去离子水重新分散，重复洗涤三次。为合成GNR/nHAP纳米复合材料，将商品化的羟基磷灰石纳米颗粒以5毫克/毫升的浓度悬浮于50毫升去离子水中，并加入5毫克石墨烯纳米带。

将所得混合物进行超声处理30分钟，随后在室温下静置120小时。成熟后，在室温下以1,398 × g离心5分钟，收集所得的GNR/nHAP白色沉淀。使用去离子水洗涤样品三次。

对nHAP/GNR纳米复合材料的高分辨率透射电子显微分析显示，nHAP片状结构的长度和宽度在150至250纳米之间。元素分布图谱证实，GNR上的中间结节状区域确实为nHAP，因其含有钙和磷元素。在GNR/nHAP纳米复合材料中，GNR在球形nHAP纳米颗粒表面形成了薄膜结构。

EDS 分析显示，由于 GNRs 的存在，碳含量明显增加，而钙和磷的特征峰则源于 nHAP。nHAP/GNR 光谱中碳含量的显著升高是由于 GNRs 占主导，仅在其表面观察到少量新合成的 nHAP 微区。XRD 分析证实了 nHAP 具有六方晶系结构，其对应于 002、102、211、300、202、310、113、222 和 213 晶面的强衍射峰，表明所合成的 nHAP 纯度较高。

TGA 分析显示，由于 nHAP 的结晶，在 200 摄氏度至 500 摄氏度之间质量持续下降。进一步加热导致复合物分解。在 GNR/nHAP 和 nHAP/GNR 中，由于 GNRs 的存在，质量损失介于 0.5% 至 0.98% 之间。

试剂的添加顺序和反应条件对于获得理想的纳米复合材料反向取向最为关键。可通过基于细胞系的研究来评估纳米复合材料促进成骨的潜力。这将开辟一个通过取向调控细胞响应的新领域，用于组织工程。