纳米羟基磷灰石/胶原/磷酸丝氨酸仿生复合骨组织工程支架材料的制备及表征

制备仿生型骨组织工程支架复合材料, 观察并分析支架的结构特征、矿化性能、细胞相容性及体内骨修复性能. 将纳米羟基磷灰石粉体、胶原蛋白溶液和磷酸丝氨酸按比例混合, 搅拌均匀, 再进行交联处理, 最后冷冻干燥得到支架材料. 所制备的复合支架材料具有三维多孔的微观结构; 在模拟体液中的矿化产物其形态受复合材料中有机成分的调控; 该复合支架具有良好的生物相容性, MC3T3-E1细胞在支架上黏附、拓展并可与材料相互作用; 植入骨缺损12周后能够促进新骨形成. 纳米羟基磷灰石-胶原蛋白-磷酸丝氨酸(nHA-COL-PS)支架材料是性能良好的组织工程支架材料, 可用于骨缺损的修复.     

体积较大的多孔聚酯支架中的骨髓基质干细胞的分布

考察了在圆柱状聚乙交酯-丙交酯(PLGA)多孔支架上接种细胞时, 如何通过将细胞悬液接种在支架的合适深度来快速实现细胞在支架中的均匀分布. 支架利用常温模压-粒子滤出的方法制备, 致孔剂为球形石蜡粒子, 支架的高度和直径均为10 mm. 通过体外唑溴盐染色和定量测定支架不同层面上细胞数量的方法, 考察了细胞在支架上的分布情况. 发现当细胞被接种在支架的中上部时, 细胞在支架上培养一定的时间之后可以在整个支架中基本实现均匀分布, 而其他的接种部位则难以达到细胞的均匀分布. 同时证实, 骨髓基质干细胞在球形孔PLGA支架上经成骨诱导后也可以分化为成骨细胞.     

聚丙烯酰胺改性聚羟基丁酸-羟基戊酸/生物活性玻璃复合支架的制备与表征

为提高骨修复支架的生物活性和力学性能, 通过光引发聚合制备了一种新型的多孔聚丙烯酰胺(PAM)-聚羟基丁酸-羟基戊酸(PHBV)/生物活性玻璃(BG)复合支架. 其中PAM的引入是为了提高PHBV的亲水性, 而BG的加入是为了增加支架的强度. 红外光谱分析证实成功引入了PAM以及BG. 采用SEM对支架接枝前后的显微形貌进行了观察, 结果表明PAM-PHBV/BG支架具有良好的孔连通性, 这为细胞的长入和代谢提供了便利. 此外, 采用比重法对支架的孔性能进行了研究, 结果表明该支架具有82.0%的孔隙率. 通过抗压强度测试对PAM-PHBV/BG支架的力学性能进行了评价, 结果表明该支架的抗压强度达到了0.91 MPa. 同时也对纯PHBV, PHBV/BG支架的性能进行了表征, 并对三者做了比较. 这种新型的PAM-PHBV/BG支架可能是一种很有前途的骨修复材料.     

改性MCM-41吸附等温线、IR以及29Si MAS NMR的研究

近年来Mobil公司合成了一族中孔材料M41S,MCM-41是其中成员之一.它有六方规则排列的单维孔道,与其他中孔材料相比,具有孔径均匀、热稳定性和水热稳定性好以及吸附无滞后的特性.它的高比表面积(>1000m~2·g~1)和大吸附容量(>0.7mL·g~(-1))使之具有广泛应用前景.MCM-41分子筛的孔径大小可以在制备时通过选择模板剂(表面改性剂)的碳链长度、添加辅助有机分子(如1,3,5-三甲基苯)以及改变反应条件来调变,范围一般从1.6～10nm,其孔壁厚度可在0.3～1.3nm范围内变化.由于它具有大而均匀的孔道以及表面存在着硅羟基缺陷,很容易被改性.如经三甲基氯硅烷化后孔径减小0.9nm.目前除了用三甲基氯硅烷来改性外,尚未见用其他方法改性MCM-41的报道.本文采用水热处理以及二甲基二氯硅烷对高硅MCM-41进行改性.水以及环己烷吸附等温线、固体魔角核磁共振谱(~(29)Si MAS NMR)以及红外光谱(IR)证实了改性使MCM-41硅羟基缺陷减少,表面吸附性质因而发生根本变化.     

PLGA及PLGA/β-TCP支架的降解对细胞生长的影响

在聚(L-丙交酯-co-乙交酯)(PLGA)和PLGA/β-磷酸三钙(β-TCP)多孔支架上种植成骨细胞, 考察支架对细胞活性的影响, 重点研究静/动态体外降解一定时间(4, 8, 12周)后的PLGA和PLGA/β-TCP支架上细胞的增殖情况. 结果表明, PLGA和PLGA/β-TCP两种支架均具有良好的细胞相容性, 可为细胞的生长提供良好的模板, 但PLGA的降解会影响细胞的活性, 且细胞活性随支架降解程度的增加而降低.     

基于载能重离子的超薄薄膜纳米孔制备技术

超薄薄膜纳米孔材料由于其优异的物理和化学特性,在物理学、生物学、电子学和纳米科学等多学科领域应用潜力巨大.高效、便捷和可控的制孔方法对于获得高品质的纳米孔尤为重要,而载能重离子辐照不仅是一种强大的材料改性手段,也是一种独特的纳米孔制备方法.近年来,北京大学重离子物理研究所在基于载能重离子辐照技术研制超薄薄膜纳米孔技术方面的进展显著,所用材料包括传统有机高分子膜与新型二维材料.本文主要从核径迹刻蚀有机薄膜纳米孔的制备技术和二维材料纳米孔制备技术两方面展开介绍,分别阐述了这两种技术的制孔方法、改性方法和对应的纳米孔材料在能量转化、分子检测、离子运输、纳米流体等领域的应用,为进一步深入研究载能重离子制备其他人工固态纳米孔提供了参考.     

大跨铁路现浇连续梁满堂支架设计

现浇连续梁施工时采用万能脚手架满堂支架方案具有较明显的优势:在同样保证安全及质量的前提下,其投入小、成本低、施工周期短、材料周转较快、施工作业难度低、材料来源广、易于施工组织及施工安排,且所需场地空间小,施工控制相对容易.该施工技术可广泛应用于各类支架.     

一种新型的不饱和聚酯酰胺合成及力学性能研究

采用本体熔融缩聚法制备了一种新型不饱和聚酯酰胺, 并用红外光谱(FTIR)、凝 胶渗透色谱仪(GPC)、乌氏黏度计(UV)、差示扫描量热-热重分析(DSC-TG)对不饱和聚酯酰胺进行了表征. 研究热处理条件及交联剂含量对不饱和聚酯酰胺力学和降解性能的影响. 结果表明, 新合成的不饱和聚酯酰胺具有良好的热稳定性能, 交联后的不饱和聚酯酰胺力学性能取决于热处理条件及交联剂的含量, 不同的引发-促进体系及用量对不饱和聚酯酰胺室温交联时间有很大影响, 延长热处理时间可提高交联后的不饱和聚酯酰胺在降解过程中的力学性能保持率及降低在强碱中的水解率.     

Laponite层柱粘土对介孔纳米二氧化锆的稳定作用

以Laponite层柱粘土作为结构稳定剂, 用固态反应结构导向法制备了介孔纳米二氧化锆. 考察发现Laponite的引入不仅显著改善了二氧化锆的热稳定性, 而且在主体MSU结构中呈现出部分层状结构. 从而意味着Laponite在二氧化锆的合成过程中还起到部分硬模板的作用. Laponite的稳定作用主要是通过表面活性剂亲水集团的纽带作用, 抑制了二氧化锆的晶化过程和团聚功能, 进而抑制粒子的长大实现的.     

聚苯乙烯胶体晶体模板制备高质量的二氧化钛孔型材料

以聚苯乙烯微球胶体晶体为模板, 采用溶胶-凝胶的方法成功地制备出高质量的二氧化钛孔型材料. 通过严格地控制制备过程, 得到的大孔材料在厘米范围表现出一致的颜色. 扫描电子显微镜(SEM)和透射电子显微镜(TEM)用来表征大孔二氧化钛薄膜的结构和形貌. X射线衍射仪(XRD)用来测定二氧化钛的晶型. 测试结果表明, 在合成的大孔材料中, 孔呈面心立方(FCC)结构的有序排列, 孔径大小均匀, 孔壁由晶粒直径约为12 nm的TiO₂粒子构成, 二氧化钛的晶型为锐钛矿相.     

纳米钙钛矿型LaFeO_3及其掺杂系列氧化物制备和甲烷完全氧化催化性能研究

钙钛矿型复合氧化物(ABO_3)具有明确的结构和较高的热稳定性,通过A,B位元素取代可以改变离子的氧化态,控制氧缺陷数目等,常用作研究固态化学性质和催化性能关系的材料.LaFeO_3及其掺杂体系用于CH_4,CO和CH_3CH_2CH_3完全氧化已有文献报道,但采用固态化学方法制备的这些复合氧化物由于比表面小,使活性的提高受到限制,考虑到纳米尺寸的氧化物具有较高的比表面和某些独特的物理化学性质,有可能降低完全氧化的反应温度,获得高活性的催化材料,我们首次制备了纳米尺寸的A位掺Sr和B位掺Mn的LaFeO_3系     

热力学与动力学相关性,科学与人文的统一

金属热加工通过相变决定材料最终组织和性能。随着非平衡技术的快速发展,热加工工艺趋于极端化和多样化,控制相变的热力学与动力学机制从简单近平衡条件下的相对独立转变为复杂远平衡条件下的高度关联。基于热-动力学独立处理的传统理论已无法应对上述相变涉及的机理描述、组织预测和过程控制。随着催化剂研究体系的扩展,传统的基于独立的反应动力学或吸附热力学的设计已无法满足催化剂的高性能需求与高效筛选。本文从人文领域中的激情与困难的逻辑关系中,引申出科学领域中的热力学驱动力与动力学能垒的相关性,针对非平衡凝固过程、晶界迁移及晶粒长大热稳定性、纯Fe沿Bain路径的马氏体切变,整理出热力学驱动力与动力学能垒的定量关联,建立了组织预测模型,提出了热-动力学协同作用的新理念,并据此设计出高性能DD3高温合金、Fe基纳米晶材料、A356铝合金和应变态电催化材料。     

面向碳中和的高温熔盐电化学技术

高温熔盐电化学反应具有反应动力学快、选择性好的优点,可用于能源存储与转换、金属材料的提取和纯化、二氧化碳的捕集和转化利用、退役金属材料的循环利用等领域,利用清洁电能驱动的高温熔盐电解技术可实现从源头、过程和末端全流程降碳减排.本文简要回顾了近20年来武汉大学在高温熔盐电化学方向的主要研究工作,包括熔盐电解固态化合物冶金(低碳提取)、熔盐捕集-电解转化CO₂(碳捕集与转化)、熔盐电化学制备功能材料(材料低碳制备)、熔盐电解回收能源金属材料(低碳绿色循环)和高温电解器关键材料(析氧阳极),形成了固态化合物还原反应动力学“三相界线”理论,丰富了高温惰性合金析氧阳极选材数据库,揭示了阳极氧化膜稳定服役机制,发明了熔盐电化学阳极氧化冶金新方法,提出了“熔盐电解质酸碱性-电极反应调控”新策略,并为新能源产业可持续发展所需的“前端原材料清洁提取”和“末端退役能源材料回收利用”提供新方法和新技术.以此为线索,评述了面向碳中和的高温熔盐电化学所面临的机遇与挑战,讨论了高温熔盐电解基础理论和应用技术的发展趋势,展望了清洁电能驱动的熔盐电解技术在实现碳达峰、碳中和目标中的潜在贡献.     

MOFs基多孔碳材料在气体吸附与分离中的应用

气体的吸附与分离对于减缓温室效应、普及清洁能源以及治理挥发性有机物(volatile organic compounds,VOCs)而言都显得尤为重要.以金属有机骨架材料(metal organic frameworks, MOFs)为前驱体制备多孔碳材料不仅克服了某些MOFs材料水稳定性和热稳定性差的缺点,还有效地保留了MOFs材料比表面积高、孔径可调等优点,在气体吸附与分离领域具有良好的应用前景.本文介绍了MOFs基多孔碳材料的研究现状,重点探究了MOFs基多孔碳材料在气体(二氧化碳、氢气和挥发性有机物)吸附与分离领域的应用情况,并展望了MOFs基多孔碳材料在气体吸附与分离领域的发展方向,为将其更好地应用于气体吸附与分离领域提供了有价值的理论参考.     

镁基储氢材料的研究进展

镁基储氢材料具有储氢量高、镁资源丰富以及成本低廉等优点,被认为是极具应用前景的一类固态储氢材料.然而其吸放氢焓值高且氢在镁氢化物中扩散系数低,导致吸放氢温度过高、吸放氢速度缓慢,限制了其在氢能领域的应用.近年来,大量研究工作聚焦于镁基储氢材料的热/动力学改性,目前已经取得了大量的成果.本文针对国内外镁基储氢材料的研究现状,归纳了镁基储氢材料的改性方法,重点阐述了合金化、催化剂添加、纳米化、氢化物复合对镁基储氢材料吸放氢热/动力学性能、微观结构、物相变化、吸放氢机理的影响.最后,对该领域的研究成果进行了总结,并展望了未来的发展方向.     

编者按

生物医用材料(biomedical materials)是用于对生物体进行诊断、治疗和置换损坏的组织、器官或增进其功能的材料. 按用途可分为组织修复材料(含组织工程与组织诱导材料、植入材料与人工器官等)、药物释放材料与基因载体、临床诊断和生物传感器材料3大类, 当然还包括其他一些特殊的医用材料; 按材料在生理环境中的生物、化学反应水平可分为近于惰性的生物医用材料和生物活性材料两大类; 按照是否降解可以分为可生物降解与吸收的材料以及不可降解材料两大类; 按材料组成和性质分为医用金属材料、医用高分子材料、医用陶瓷材料3大类以及生物衍生材料和医用复合材料等特别种类.     

中空偶氮苯微球的合成及其光化学行为的研究

以表面含乙烯基团、粒径约250 nm的二氧化硅为模板, 甲基丙烯酸-6-(4-甲氧基-4′-氧-偶氮苯)己酯(Azo-M)为共聚单体, 二乙烯基苯(DVB)为交联剂, 通过蒸馏沉淀聚合方法制备了以二氧化硅为核、聚偶氮苯为壳的杂化粒子(PAzo@SiO₂). 通过氢氟酸溶液刻蚀法制备聚偶氮苯(PAzo)中空微球. 采用透射电子显微镜、傅里叶红外光谱表征了其结构, 采用热失重分析、UV-vis光谱表征其热稳定性和光异构化行为. 结果表明: 当DVB为Azo-M的20%、乙腈为200 mL、聚合时间为4.5 h, 得到了孔径约250 nm、壳层厚度约20 nm的中空微球. 这种聚偶氮苯中空微球具有优异的热稳定性和可逆的光响应性, 其光响应速率比偶氮苯均聚物(Homo- PAzo)仅降低了11.8%.     

耐碱的胍盐阴离子交换膜研究进展

近年来,碱性阴离子交换膜燃料电池的发展得到了国内外研究人员的广泛关注,其中开发具有高碱稳定性的阴离子交换膜材料成为了研究的热点和难点.除了聚合物骨架,改善离子基团的稳定性对于阴离子交换膜材料整体稳定性的提高具有关键作用.胍盐离子作为一种新型的离子基团,分子结构中正电荷共轭分布在中心碳和3个氮原子上,电荷高度离域使得胍盐离子具有非常优异的热稳定性和化学稳定性,有望解决传统季铵盐离子在碱性条件下存在的降解问题.本文综述了近年来胍盐型阴离子交换膜材料的研究进展,其中包括胍盐阴离子交换膜材料的制备、分类以及胍盐离子的降解机理,同时对于耐碱型胍盐阴离子交换膜的结构设计进行了分析和展望.     

利用原子转移自由基聚合方式制备和表征三维有序聚苯乙烯大孔材料

使用二茂钴/α-溴代异丁酸乙酯(EBiB)催化体系, 利用原子转移自由基聚合方法制备了孔径为350 nm的三维有序聚苯乙烯大孔材料(3DOM PS). 利用傅里叶变换红外光谱(FT-IR)、核磁共振(NMR)、扫描电子显微镜(SEM)以及高效凝胶渗透色谱(GPC)对所制备的产物进行了表征分析. 利用FT-IR和NMR对3DOM PS的微观结构进行了分析. SEM分析表明, 无论是二氧化硅模板还是所得到的3DOM PS都显示了其三维有序的结构, 并且大孔材料的收缩率是24%. GPC分析表明, 3DOM PS的分子质量略高于自由空间得到的聚苯乙烯, 这一结果表明在受限空间内活性聚合与非活性聚合存在着差异.     

纳米粉体水热制备机理的原位研究

水热合成法在制备纳米粉体材料方面具有许多独特的优势,但是由于反应在密闭容器中进行,很难研究清楚反应机理和动力学过程。利用原位检测技术,我们能够实时在线地监测反应过程,获得反应前驱体、相转变以及短寿命中间相的信息,更好地理解成核、结晶生长等动力学过程,进而为材料的可控制备提供依据。根据近年来国内外研究进展,本文全面介绍了基于同步辐射光源的能量色散分辨X射线衍射(EDXRD)、角度分辨X射线衍射(ADXRD)、X射线吸收精细结构谱(XAFS)、小角X射线散射(SAXS)、中子粉末衍射及小角散射(NPD和SANS)以及基于各种光谱(UV-Vis、Raman、FTIR)的原位检测技术和检测装置,以及纳米粉体水热制备机理的原位研究最新进展。