单分散球形SiO_2的制备及其分散体系的流变性能

采用溶胶-凝胶法,在乙醇介质中氨催化水解正硅酸乙酯制备单分散球形SiO2微粒,考察了硅烷偶联剂作为分散剂对SiO2粉末颗粒分散性能的影响。采用透射电镜对未添加分散剂制备的SiO2粉末和添加硅烷偶联剂后制备的SiO2粉末进行形貌观察,并对以硅烷偶联剂作分散剂制备的SiO2粉末进行X射线衍射、红外光谱分析和表征,采用应力控制流变仪对SiO2/PEG分散体系的流变性能进行测定与分析。研究结果表明:硅烷偶联剂显著提高了SiO2粉末颗粒的分散性能,粉末颗粒呈单分散的球形粒子,所制备的SiO2粉末样品为非晶态物质;SiO2/PEG分散体系具有剪切变稀和可逆的剪切增稠现象。

金属毒性研究(Ⅰ)

采用体外细胞培养模式 ,通过测定细胞碱式磷酸酶 (ALP)活性及细胞四甲基偶氮砜 (MTT)还原能力 ,对构成金属和合金生物材料的金属离子 (Al,Ni,Cr ,V ,Ag)的毒性进行了定量评估 ,探讨了金属离子或原子对人体组织的毒害和腐蚀作用。结果表明微量六价铬离子表现出强烈的细胞毒性。当溶液离子度高于 10 0 μmol/L时 ,钒和镍亦表现强烈毒性。银离子和三价铬离子浓度高于 5 0 0 μmol/L后表现毒性。构成老年痴呆病成因的金属铝离子的毒性具有双向性。

用纳米技术诊断与治疗恶性肿瘤的进展

利用纳米技术进行恶性肿瘤早期诊断和治疗是目前国际生物技术领域中最前沿的研究课题 ,迄今实验室细胞模型 (invitro)研究和临床前动物模型 (invivo)研究已取得了重大进展 .纳米生物技术将成为继放疗、化疗和手术治疗后治疗基因疾病的更有效的方法 .纳米生物技术涵盖纳米材料科学 ,构成纳米药物载体平台的纳米材料与药物或基因结合的组装技术以及随后与靶向物质结合的组装技术 .目前 ,实现了纳米生物传感器在肿瘤细胞上的表达 ,纳米基因药物能够抑制肿瘤细胞的增殖、诱导肿瘤细胞凋亡 ,但在临床治疗之前为了确保安全、有效 ,首先应该研制出针对癌细胞表面配位子特意性更强的靶向物质 ,以减少对正常组织的损害 ;此外 ,还需提高纳米材料药物的装载量和稳定性 ,并研制出适宜的纳米材料以及相应的制备技术 .

金属毒性研究(Ⅱ)

利用细胞生物学技术从定量和定性两个方面探讨了Cr(Ⅲ ) ,Cr(Ⅵ ) ,Ni,Al,Ag和V金属离子对生命组织的毒性作用。研究中发现 ,Cr(Ⅵ )对细胞DNA ,RNA合成限制最为显著 ,Ni和V金属离子在同等水平上妨碍RNA合成 ,随着离子浓度增加 ,Cr(Ⅲ )离子对细胞DNA及RNA限制增大。Al离子对RNA合成限制大于对DNA合成。Ag离子对细胞DNA ,RNA合成限制作用相同。细胞谷胱甘肽 (GSH)还原能力强 ,是细胞最重要的解毒物质 ,也是细胞中防御毒性物质最关键的物质。细胞GSH还原能力定量分析表明 :微量的Cr(Ⅵ )即可导致细胞GSH下降。金属Ni离子破坏细胞骨架 ,使细胞内信息传递受阻 ,亦表现较强毒性。

HA-Ti和HA-BG-Ti复合生物材料的力学性能和微观结构

研究了不同成分HA Ti和HA BG Ti复合生物材料的烧结收缩率、微观结构、物相结构与力学性能之间的关系。结果表明 :当钛含量达到 4 5 %～ 6 5 %时 ,HA Ti系复合材料的抗压强度达到最低值 76MPa左右 ,呈谷值分布 ,而HA BG Ti系复合材料的抗压强度却达到最大值 180MPa左右 ,呈峰值分布 ;HA Ti系复合材料的抗弯强度为 5 8～ 79MPa ,而HA BG Ti系复合材料的抗弯强度在钛含量为 4 5 %～ 6 5 %时出现最大值 16 4MPa ;HA BG Ti系的抗压强度和抗弯强度均高于HA Ti系的抗压强度和抗弯强度。物相分析和微观结构分析表明 :HA BG Ti复合陶材料中的HA Ti相间界面依靠生物玻璃以复杂的强键相结合 ,是HA BG Ti系复合材料的力学性能优于HA Ti二元系复合材料力学性能的原因。

生物陶瓷复合材料研究

研制了以HA为基、以Spinel为强化相的生物陶瓷复合材料,考察了第二相含量、制取工艺参数等因素对该复合材料力学性能的影响。分析了材料中颗粒之间的结合状态以及材料的断裂性质。Spinel对HA材料有明显的增强、增韧效应。设计、制备了承受力较大的骨桥体,动物植入试验结果证明该复合材料在3～4个月内便能与生物组织构成完整的骨性结合。

多孔钙磷基生物陶瓷材料的研究

介绍了多孔钙磷基(HAP,HAP·TCP)生物陶瓷材料的研究方法与过程。对比人体胛骨结构,所作x射线衍射相结构分析表明,制得的多孔材料具有与人体骨相似的相结构。扫描电镜形貌分析结果:以浸溃和模压两种不同成形及成孔方法制得的HAP和HAP·TCP多孔生物陶瓷的孔隙直径均在100～500/μm范围,且为连通孔隙,完全能够满足生物组织顺利长入孔隙的特殊尺寸要求。该材料经生物学基础实验检验和动物实验,巳开始应用于临床治疗。

金属毒性研究(Ⅰ)

细胞毒性分析是评定生物材料相容性实验标准(ASTM,ISO)中极为重要的项目.作者采用体外细胞培养模式,研究了构成金属和合金生物材料的金属离子(Al,Ni,Cr,V,Ag)的毒性.通过测定细胞碱式磷酸酶(ALP)活性及细胞四甲基偶氮唑盐(MTT)还原能力,对现行的常用金属生物材料的毒性进行了定量评估,进而探讨金属离子或原子对人体组织的毒害和腐蚀作用.研究结果表明,微量六价铬离子即表现出强烈的细胞毒性.当溶液离子浓度高于100μmol/L时,钒和三价铬亦表现强烈毒性.银离子浓度高于500μmol/L后表现毒性.引起老年痴呆病的金属铝离子的毒性具有双向性(Biphase).当浓度低于10μmol/L时,铝离子刺激细胞增殖;浓度处于10～1000μmol/L,参数持平,当浓度高于800μmol/L时,毒性增加.此外,作者详细介绍了细胞培养、细胞病毒基因转染、测定细胞碱式磷酸酶活性及细胞四甲基砜还原能力测定等细胞分子生物学技术.

钙-磷基生物陶瓷材料的研究

本项研究提供了制取生物活性钙-磷基生物陶瓷材料的重要方法。对比人体骨分析了这种材料的相结构。检测了这种材料的力学性能,研究和讨论了成份和成材工艺条件对材料相结构、微观组织及抗弯,抗压强度等诸因素的作用。并对该材料进行了部分实验和动物实验,以考核该材料的生物学特性。

固溶处理对NbTiZr合金微观组织与力学性能的影响

采用粉末冶金方法制备了50Nb-20Ti-Zr(mass%)合金,并研究了固溶处理对其组织和性能的影响。结果表明:当固溶时间为6 h时,该合金的典型组织是以条幅分解为基础的片层状组织,并且随固溶温度的升高,晶界无析出带现象越明显,合金的弹性模量没有明显的变化,但其断裂强度有所下降;当固溶时间为18 h时,随固溶温度的升高,合金的组织呈现出"片层状-球化-针片状-等轴化"的演化过程,合金的弹性模量与断裂强度均逐渐增加。合金的断口形貌是由塑性韧窝、河流花样和平行分布的准解理小刻面组成,属于韧性断裂和脆性断裂组合的混合型断裂。

具有生物降解功能的生物陶瓷材料研究

研究、制备了组元和结构类似于人体硬组织的多孔生物活性陶瓷材料HA-TCP[Ca_(10)(PO_4)_6(OH)_2-Ca_3(PO_4)_2]。在完成了生物实验和动物种植实验之后,该多孔生物活性材料在临床外科上得到了应用。X光显示表明,在短时间内植入的该材料能降解成硬组织、能在手术空洞中形成新骨小梁。文章较详细地介绍了HA-TCP粉末及材料的制备过程和适宜于软组织生长的孔隙结构和临床应用效果。

金属毒性研究(Ⅱ)

在考察了金属离子对细胞酶活性和细胞代谢能力影响的基础上,进一步研究了金属离子对细胞抗毒机构的玻坏和金属离子对细胞DNA,RNA合成功能的限制.利用细胞生物学技术从定量和定性两个方面探讨Cr(Ⅲ),Cr(Ⅵ),Ni,Al,Ag,和V金属离子对生命组织的毒性作用.研究发现,Cr(Ⅵ)对细胞DNA,RNA合成限制最为显著,Ni和V金属离子在同等水平上妨碍RNA合成,随着离子浓度增加,Cr(Ⅲ)离子对细胞DNA及RNA限制增大.Al离子对RNA合成限制大于对DNA合成.Ag离子对细胞DNA,RNA合成的限制作用相同.细胞谷胱甘肽(GSH)还原能力是细胞最重要的解毒机构,也是细胞中防御毒性物质最关键因素.细胞GSH还原能力度量分析表明:微量的Cr(Ⅵ)即可导致细胞GSH下降.金属Ni离子破坏细胞骨架,使细胞内信息传递受阻,亦表现较强毒性.

眼球假体材料

提出了眼球假体的选材原则，探讨了新型眼球假体的基本设计和制取方法。采用粉末冶金技术制备了适宜于生物软组织（神经、血管、肌肉）攀附和生长的多孔眼球假体，研究了该假体材料的生物特性，并开展了临床应用。

ZrO_2颗粒增强生物陶瓷TCP材料的研究

介绍了ＺｒＯ２颗粒增强生物活性陶瓷ＴＣＰＦ［Ｃａ３（ＰＯ４）２］材料的制备方法；分析了粉末及烧结体的相变和显微结构；探讨了粉末特性及不同制备工艺对材料力学性能的影响；考察了在模拟体液中的生化反应动力学过程，研究发现，亚微米ＺｒＯ２粉末对ＴＣＰ有较大的增强作用，材料在模拟体液中的失重将随浸蚀时间延长而减缓。

用氧化铁磁性纳米颗粒作为基因载体的研究

目的:评价氧化铁磁性纳米颗粒(nanoparticles)作为基因载体的可行性。方法:应用沉淀法制成外包葡聚糖的氧化铁磁性生物纳米颗粒DextranCoatedIronOxideNanoparticlesDCIONP。用分光光度计及琼脂糖凝胶电泳分析氧化铁磁性生物纳米颗粒的DNA结合力及抵抗DNASEⅠ消化的作用。以绿色荧光蛋白基因为报道基因,进行用氧化铁磁性纳米颗粒作为基因载体的体外细胞转染实验。结果:电镜检测证实DCIONP的直径在10纳米(nanometernm)左右。在酸性条件下,这种纳米颗粒表现出DNA结合力和抵抗DNASEⅠ消化的作用从而证明DCIONP与DNA的结合是静电引力的作用。在氧化铁磁性生物纳米颗粒表面修饰阳离子聚合物多聚赖氨酸DextranCoatedIronOxideNanoparticlesmodifiedwithPolyLLysine,PLLDCIONP在中性及碱性的条件下,亦可与带阴性电荷的DNA结合及抵抗DNASEⅠ消化的作用。PLLDCIONP可作为基因载体将报道基因转染入细胞,用荧光显微镜可观察到发绿色荧光的细胞。在PLLDCIONP和质粒的质量成一定的比例时,PLLDCIONP的转染效率高于脂质体。结论:PLLDCIONP可作为DNA转移载体。

共蒸发制备GaSb多晶薄膜的研究

GaSb的禁带宽度为0.72eV,是热光伏电池的理想材料。采用共蒸发的方法,在普通玻璃衬底上生长GaSb多晶薄膜。通过XRD谱、Hall及透射反射谱测试,研究了Ga、Sb源的蒸发温度、衬底温度以及薄膜厚度对薄膜的结构特性和光电特性的影响。研究表明,随衬底温度的升高、薄膜厚度的增加,晶粒尺寸逐渐增大;随衬底温度的升高、Ga源温度的降低以及厚度的增加,迁移率逐渐上升,迁移率最高可达172cm2/(V.s);随衬底温度的降低、Ga源温度的提高以及厚度的增加,载流子浓度逐渐增加。

低固相含量SiO_2分散体系流变性研究

以甘油(GL)和聚乙二醇(PEG)为分散介质,研究了低体积分数(φ<8%)的SiO2分散体系的稳态和动态的流变性能,发现体系都具有可逆的剪切变稀和剪切增稠现象.在剪切速率大于临界剪切速率(γi>γic)时,体系具有明显的剪切增稠现象,而当γi<γic,GL体系只有轻微的剪切变稀现象,PEG体系剪切变稀现象却很明显.在动态试验中考察了模量以及损耗角正切tgδ随剪切应力(σ)的变化.在所研究的应力范围内,体系中耗能模量G"都大于储能模量G',tgδ大于1,体系主要表现为粘性.用“粒子簇”生成机理能较好地解释这种剪切变稀和剪切增稠现象,即剪切变稀是由于连续的空间网络结构被破坏,PEG体系剪切变稀现象较GL体系明显应该与PEG高分子链的松弛以及体系中较少的氢键有关;剪切增稠是由于粒子簇的生成引起的.

SiO_2/聚乙二醇非牛顿流体流变性能研究

利用应力控制流变仪考察了SiO2/聚乙二醇分散体系稳态和动态的流变性能.实验结果表明,该体系具有剪切变稀和可逆的剪切增稠现象.稳态应力实验中,当应力较小时,体系具有剪切变稀现象,而在剪切应力(!)大于临界剪切应力(!cs,!cs=9.99Pa)后,体系粘度急剧增大.在动态实验中,剪切应力小于临界剪切应力(!oc,!oc=15.85Pa)时,储能模量G′减小,耗能模量G″与复合粘度η!基本不变,但!>15.85Pa后,G′、G″及η!同步增大,且在所研究的应力范围内,G″均大于G′.同时还考察了测试频率、分散相含量以及分散介质平均分子量的差别对流变性的影响.!oc随测试频率的增大而变大;SiO2质量分数越大,!oc基本不变,但增稠现象变得更明显;与平均分子量小的PEG200体系相比,平均分子量大的PEG400体系,!oc并未发生改变,但在增稠之前体系的粘度较低,增稠之后体系粘度增大的幅度较大.

产学研相结合培养工科特色人才的模式探索

主要论述了中南大学粉末冶金研究院教学与高层次科学研究相结合,充分利用科研和产业平台,为培养高素质特色人才提供新的方法与途径。

四氯化钛低温水解直接制备金红石型纳米二氧化钛

以四氯化钛为原料, 在低温条件下水解, 直接得到金红石型纳米二氧化钛粉体. 通过对粉体进行XRD, TEM和BET等的表征表明, 四氯化钛的盐酸溶液在低温水解中直接生成金红石相质量分数高达99.24%的沉淀产物, 经干燥或进一步在较低温度（200, 300, 400 ℃）下煅烧即可得到金红石型二氧化钛粉体, 制得的粉体粒子呈椭圆形, 粒径为10～30 nm, 且分散性好, 比表面积大.