通过原位聚合法制备新型生物活性羟基磷灰石/二元氨基酸共聚物(BHA/PAA)复合材料。采用1 H核磁共振(1 H NMR)、红外光谱(IR)、X-ray衍射光谱(XRD)、X射线光电子能谱(XPS)、扫描电镜(SEM)和差示扫描量热分析(DSC)对其组成结构、热性能、...通过原位聚合法制备新型生物活性羟基磷灰石/二元氨基酸共聚物(BHA/PAA)复合材料。采用1 H核磁共振(1 H NMR)、红外光谱(IR)、X-ray衍射光谱(XRD)、X射线光电子能谱(XPS)、扫描电镜(SEM)和差示扫描量热分析(DSC)对其组成结构、热性能、力学性能和体外降解性能进行研究。结果表明:BHA颗粒均匀分散在PAA基质中,形成的复合材料具有良好的均一性;复合材料的无机相和有机相之间存在着一定的化学键相互作用;由于BHA的引入,复合材料的结晶速率加快,整体结晶度下降;复合材料具有良好的力学性能,其抗压强度随着BHA含量的增加而明显提高,抗弯强度略有减小,当BHA含量为30%(质量分数)时,复合材料的抗压强度和抗弯强度分别为141.02MPa和86.32MPa,力学性能与人体皮质骨相匹配;体外降解实验结果表明,随着BHA含量的增加,材料的降解速率加快,且在降解过程中保持良好的力学性能稳定性,在骨修复方面具有潜在的应用。展开更多
目的检测重组人骨形成蛋白2(recombinant human bone morphogenetic protein2,rhBMP-2)与纳米羟基磷灰石/胶原/聚乳酸(nano-hydroxyapatite/collagen/polylactic acid,nHAC/PLA)复合后形成的活性nHAC/PLA(active nHAC/PLA,AnHAC/PLA)修...目的检测重组人骨形成蛋白2(recombinant human bone morphogenetic protein2,rhBMP-2)与纳米羟基磷灰石/胶原/聚乳酸(nano-hydroxyapatite/collagen/polylactic acid,nHAC/PLA)复合后形成的活性nHAC/PLA(active nHAC/PLA,AnHAC/PLA)修复颅骨极限缺损的效果。方法新西兰大白兔48只,体重2.0～2.5kg。制备直径为15mm的颅骨全层缺损模型,随机分成4组,每组12只。阳性对照组:缺损区植入自体髂骨;空白对照组:缺损区不植入任何材料;阴性对照组:缺损区植入nHAC/PLA;实验组:缺损区植入AnHAC/PLA,每块AnHAC/PLA上平均吸附rhBMP-21.431mg。术后8、16周通过比较颅骨缺损区X线阻射面积占总缺损面积百分比、HE染色和Masson's三色法染色观察颅骨极限缺损的修复情况。结果术后8、16周,各组颅骨缺损区X线阻射程度,阳性对照组分别为67.21%±2.06%、86.48%±1.73%,空白对照组分别为5.84%±1.92%、9.48%±2.72%,阴性对照组分别为19.13%±2.51%、35.67%±3.28%,实验组分别为58.84%±2.55%、85.61%±3.36%。其中除16周实验组与阳性对照组以及空白对照组8、16周比较差异无统计学意义(P>0.05)外,其余各组各时间点比较差异均有统计学意义(P<0.05)。组织学观察显示,阳性对照组骨缺损区16周骨小梁较8周增宽,被大量骨组织充填;空白对照组8、16周骨缺损区均被纤维组织充填,无新骨生成;阴性对照16周骨缺损区为剩余材料与纤维组织充填,周边新骨较8周形成增多;实验组8周材料植入区为新生骨替代,16周新生骨呈板层状,缺损区材料残留较少,且周围可见较多成骨细胞。结论nHAC/PLA是rhBMP-2的良好载体,两者复合后制备的AnHAC/PLA具有良好骨形成能力,有望应用于临床上修复较大型骨缺损。展开更多
甘油是生物质精炼的主要副产物(约占10%),年过剩量与低利用率导致其市场价格(0.24-0.6 US kg^(-1))较低.甘油是具有三个活性羟基的多元醇,被认为是生产高价值产品的理想原料.甲酸作为甘油转化最重要的产品之一,广泛应用于农药、皮革、...甘油是生物质精炼的主要副产物(约占10%),年过剩量与低利用率导致其市场价格(0.24-0.6 US kg^(-1))较低.甘油是具有三个活性羟基的多元醇,被认为是生产高价值产品的理想原料.甲酸作为甘油转化最重要的产品之一,广泛应用于农药、皮革、染料和医药行业,将甘油电氧化(EGOR)为甲酸(FA)不仅能有效避免资源过剩造成浪费,而且能满足未来对甲酸燃料电池的需求.然而甘油电催化氧化途径较为复杂,涉及反应中间产物的脱氢、吸附/解吸和C-C键裂解.本文将密度泛函理论(DFT)与实验相结合,研究了在精细构建的NiCo_(2)O_(4)纳米片上通过EGOR生产FA的反应机制.DFT计算结果表明,活性羟基(OH^(*))物种可以改变EGOR生产FA过程的决速步骤(RDS),通过调节吸附中间体的吸附能可获得理想的FA产率.其中,高度羟基化的NiCo_(2)O_(4)纳米片(311)-OH^(*)晶面上具有最低的吉布斯自由能,能显著提升反应过程动力学.在理论分析的基础上,通过简易的电沉积方法精准制备了超薄NiCo_(2)O_(4)纳米片(~1.7 nm),并采用X射线吸收精细结构谱和高分辨透射电镜对催化剂进行了结构分析.结果表明,NiCo_(2)O_(4)纳米片中四面体(A_(Td))和八面体(B_(Oh))配位具有内角共享的A_(Td)-O-B_(Oh)和边共享的B_(Oh)-O-B_(Oh)构型,金属间的协同作用有效改善了材料的电子效应,有利于提供更多的吸附位点并促进EGOR过程中的电荷转移.NiCo_(2)O_(4)纳米片在EGOR中的电荷转移电阻仅为0.94Ω,电化学活性表面积高达10.25 cm^(2).相比较电催化析氧反应,NiCo_(2)O_(4)纳米片表现出了较好的EGOR性能,在10 mA cm^(-2)的电流密度下阳极功耗降低了320 mV,在100 mA cm^(-2)的电流密度时的阳极电势仅为1.46 VRHE.此外,在120 h的稳定性测试中,甘油的转化率和FA的选择性可分别保持在89%和70%.多电位步骤实验、原位电化学阻抗谱和电子顺磁共振谱结果表明,NiCo_(2)O_(4)纳米片上原位产生的OH^(*)物种是EGOR过程中的直接活性中心,有利于将RDS从甘油酸脱氢裂解转化为甘油醛的脱氢步骤,并进一步促进C-C键的裂解.进一步结合理论预测,证实了OH^(*)物种是EGOR过程中的直接活性中心.综上,采用绿色高效的电催化手段促进甘油生产高附加值化学品是生物质链升级的重要举措,有效避免了传统的高温高压,以水为介质,原位利用OH^(*).本文为新型催化剂的未来设计和理解生物质基原料电氧化升级反应机制提供了新思路.展开更多
文摘通过原位聚合法制备新型生物活性羟基磷灰石/二元氨基酸共聚物(BHA/PAA)复合材料。采用1 H核磁共振(1 H NMR)、红外光谱(IR)、X-ray衍射光谱(XRD)、X射线光电子能谱(XPS)、扫描电镜(SEM)和差示扫描量热分析(DSC)对其组成结构、热性能、力学性能和体外降解性能进行研究。结果表明:BHA颗粒均匀分散在PAA基质中,形成的复合材料具有良好的均一性;复合材料的无机相和有机相之间存在着一定的化学键相互作用;由于BHA的引入,复合材料的结晶速率加快,整体结晶度下降;复合材料具有良好的力学性能,其抗压强度随着BHA含量的增加而明显提高,抗弯强度略有减小,当BHA含量为30%(质量分数)时,复合材料的抗压强度和抗弯强度分别为141.02MPa和86.32MPa,力学性能与人体皮质骨相匹配;体外降解实验结果表明,随着BHA含量的增加,材料的降解速率加快,且在降解过程中保持良好的力学性能稳定性,在骨修复方面具有潜在的应用。
文摘目的检测重组人骨形成蛋白2(recombinant human bone morphogenetic protein2,rhBMP-2)与纳米羟基磷灰石/胶原/聚乳酸(nano-hydroxyapatite/collagen/polylactic acid,nHAC/PLA)复合后形成的活性nHAC/PLA(active nHAC/PLA,AnHAC/PLA)修复颅骨极限缺损的效果。方法新西兰大白兔48只,体重2.0～2.5kg。制备直径为15mm的颅骨全层缺损模型,随机分成4组,每组12只。阳性对照组:缺损区植入自体髂骨;空白对照组:缺损区不植入任何材料;阴性对照组:缺损区植入nHAC/PLA;实验组:缺损区植入AnHAC/PLA,每块AnHAC/PLA上平均吸附rhBMP-21.431mg。术后8、16周通过比较颅骨缺损区X线阻射面积占总缺损面积百分比、HE染色和Masson's三色法染色观察颅骨极限缺损的修复情况。结果术后8、16周,各组颅骨缺损区X线阻射程度,阳性对照组分别为67.21%±2.06%、86.48%±1.73%,空白对照组分别为5.84%±1.92%、9.48%±2.72%,阴性对照组分别为19.13%±2.51%、35.67%±3.28%,实验组分别为58.84%±2.55%、85.61%±3.36%。其中除16周实验组与阳性对照组以及空白对照组8、16周比较差异无统计学意义(P>0.05)外,其余各组各时间点比较差异均有统计学意义(P<0.05)。组织学观察显示,阳性对照组骨缺损区16周骨小梁较8周增宽,被大量骨组织充填;空白对照组8、16周骨缺损区均被纤维组织充填,无新骨生成;阴性对照16周骨缺损区为剩余材料与纤维组织充填,周边新骨较8周形成增多;实验组8周材料植入区为新生骨替代,16周新生骨呈板层状,缺损区材料残留较少,且周围可见较多成骨细胞。结论nHAC/PLA是rhBMP-2的良好载体,两者复合后制备的AnHAC/PLA具有良好骨形成能力,有望应用于临床上修复较大型骨缺损。
文摘甘油是生物质精炼的主要副产物(约占10%),年过剩量与低利用率导致其市场价格(0.24-0.6 US kg^(-1))较低.甘油是具有三个活性羟基的多元醇,被认为是生产高价值产品的理想原料.甲酸作为甘油转化最重要的产品之一,广泛应用于农药、皮革、染料和医药行业,将甘油电氧化(EGOR)为甲酸(FA)不仅能有效避免资源过剩造成浪费,而且能满足未来对甲酸燃料电池的需求.然而甘油电催化氧化途径较为复杂,涉及反应中间产物的脱氢、吸附/解吸和C-C键裂解.本文将密度泛函理论(DFT)与实验相结合,研究了在精细构建的NiCo_(2)O_(4)纳米片上通过EGOR生产FA的反应机制.DFT计算结果表明,活性羟基(OH^(*))物种可以改变EGOR生产FA过程的决速步骤(RDS),通过调节吸附中间体的吸附能可获得理想的FA产率.其中,高度羟基化的NiCo_(2)O_(4)纳米片(311)-OH^(*)晶面上具有最低的吉布斯自由能,能显著提升反应过程动力学.在理论分析的基础上,通过简易的电沉积方法精准制备了超薄NiCo_(2)O_(4)纳米片(~1.7 nm),并采用X射线吸收精细结构谱和高分辨透射电镜对催化剂进行了结构分析.结果表明,NiCo_(2)O_(4)纳米片中四面体(A_(Td))和八面体(B_(Oh))配位具有内角共享的A_(Td)-O-B_(Oh)和边共享的B_(Oh)-O-B_(Oh)构型,金属间的协同作用有效改善了材料的电子效应,有利于提供更多的吸附位点并促进EGOR过程中的电荷转移.NiCo_(2)O_(4)纳米片在EGOR中的电荷转移电阻仅为0.94Ω,电化学活性表面积高达10.25 cm^(2).相比较电催化析氧反应,NiCo_(2)O_(4)纳米片表现出了较好的EGOR性能,在10 mA cm^(-2)的电流密度下阳极功耗降低了320 mV,在100 mA cm^(-2)的电流密度时的阳极电势仅为1.46 VRHE.此外,在120 h的稳定性测试中,甘油的转化率和FA的选择性可分别保持在89%和70%.多电位步骤实验、原位电化学阻抗谱和电子顺磁共振谱结果表明,NiCo_(2)O_(4)纳米片上原位产生的OH^(*)物种是EGOR过程中的直接活性中心,有利于将RDS从甘油酸脱氢裂解转化为甘油醛的脱氢步骤,并进一步促进C-C键的裂解.进一步结合理论预测,证实了OH^(*)物种是EGOR过程中的直接活性中心.综上,采用绿色高效的电催化手段促进甘油生产高附加值化学品是生物质链升级的重要举措,有效避免了传统的高温高压,以水为介质,原位利用OH^(*).本文为新型催化剂的未来设计和理解生物质基原料电氧化升级反应机制提供了新思路.
