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近日，新加坡國立大學陳宇彤博士在《International Journal of Bioprinting》（IJB）上發表了一項關于3D打印智能化藥物運送系統的研究成果的論文。文中提到，在納米羥基磷灰石（n-HA）等生物材料的制備過程中，高效的納米化研磨工藝至關重要。

譯文：

將0.116 mol四水合硝酸鈣[Ca(NO?)?·4H?O]與0.1 mol磷酸氫二銨[(NH?)?HPO?]溶于200 mL蒸餾水中，充分混合并攪拌30分鐘。隨后在持續攪拌下將磷酸氫二銨溶液緩慢滴加至上述溶液中，于25°C條件下反應1小時。通過持續滴加氨水將溶液pH值維持在11，在恒溫恒pH條件下繼續反應5小時。反應結束后對混合液進行真空抽濾，濾餅經蒸餾水多次洗滌以去除反應過程中產生的雜質。將濾餅置于90℃烘箱中干燥12小時，所得粉末置于馬弗爐（Carbolite Gero, CWF1200）在800°C燒結2 小時的主要目的是對反應生成的沉淀產物（經干燥的半成品）進行高溫燒結處理，以獲得晶化良好、雜質少、性能穩定的納米羥基磷灰石（n-HA）粉末。粉末經行星式球磨機（Retsch, PM200）研磨4小時，再用臼式研磨機（Retsch, RM200）研磨30分鐘。最終獲得粒徑均勻的n-HA（羥基磷灰石）粉末。

Retsch 研磨技術

實驗室研磨儀

上述論文中采用了行星式球磨儀進行干磨，長時間處理會導致樣品團聚結塊，很難磨到亞微米和以下的細度，后續還需要用其他研磨儀例如臼式研磨儀RM200進行溫和地研磨分散，相當于再多了一段處理工序。由于后續還需要卡博萊特馬弗爐高溫燒結，所以對于樣品研磨后保持的生物活性就沒有那么關注，也是一種可行與成本較少的使用方法。否則研磨過程中瞬時摩擦產生的熱量及研磨體系內部持續的溫度升高，不僅會消耗部分生物材料，還將破壞生物材料本身的生物活性。

RM200

PM200

納米材料的制備方法很多，不同材料選擇的制備方法也不同，總體可分為物理方法和化學方法，這些方法在制備納米顆粒時多數需要對材料進行加熱，甚至是高溫高壓處理，適用于金屬、陶瓷等無機物的納米化。而脫鈣骨基質屬于天然生物材料，其納米化研磨需在低溫條件下進行。

高效研磨，突破瓶頸

傳統的行星式球磨法在長時間干磨過程中，易導致樣品團聚、結塊，難以達到亞微米級以下的細度，且后續仍需額外工序進行分散處理。更值得注意的是，研磨過程中產生的瞬時摩擦熱和持續升溫，不僅會消耗部分生物材料，還可能破壞其生物活性，尤其對熱敏感的生物材料（如脫鈣骨基質）而言，這是一大挑戰。

CryoMill

E-Max

為解決這一難題，我們更為推薦使用CryoMill全自動冷凍球磨儀與E-Max全自動低溫高能球磨儀相結合的創新研磨方案。該方案僅需25分鐘即可完成納米化研磨，效率較傳統方法提升25倍以上。

CryoMill

全自動冷凍球磨儀

CryoMill全自動冷凍球磨儀的研磨罐是在水平方向上進行徑向振動，研磨球的慣性帶動它們以高能量撞擊位于弧形內表面的樣品材料，從而達到粉碎效果，在研磨過程中液氮的加入和補充完全由程序(自動)控制，密閉進行，增加了安全性，避免了手動操作的危險，旋蓋式研磨罐使用方便，能有效防止樣品的溢漏及損耗，初步研磨5 min可使脫鈣骨基質粒度穩定的維持在65 μm左右。

脫鈣骨基質初步研磨后粒度檢測及二次研磨后大體性狀圖注：圖中A 為CryoMill 全自動冷凍研磨儀初步研磨2 min 后，脫鈣骨基質變為淡黃色粗糙纖維狀粉末；B 為初步研磨5 min 后，可見粉末形態明顯細膩且變為白色；C 為初步研磨5 min 后CAMSIZER 分析儀粒度檢測結果，可見脫鈣骨基質粒度峰值80%集中于65 μm；D 為E-Max 全自動低溫高能球磨儀研磨后得到的乳白色脫鈣骨基質漿液。

E-Max

高能水冷球磨

E-Max高能水冷球磨儀的創新研磨方式綜合了3種不同研磨儀的優勢：高頻撞擊(混合球磨儀)、強力摩擦(振動盤式研磨儀)和可控研磨罐圓周運動(行星式球磨儀)，研磨罐的運動結合橢圓造型，雙罐分離安裝，同向圓周轉動而無需改變罐體方向；研磨過程中創新的循環水冷卻系統能避免高速運行研磨過程產生的熱量影響樣品；罐體的特殊幾何結構和運動方式的協同作用，導致研磨球間摩擦力增強，增加研磨球在罐體圓角處的撞擊力，可顯著縮短研磨時間和集中顆粒的細度分布區間，與單純的干法研磨粉相比，材料的納米化研磨結果更確切、材料粒度分布均勻性更高。

納米脫鈣骨基質的掃描電鏡觀察結果圖注：B 為A(×3 000)的局部放大(×5 000)，C為B 局部放大(×30 000)，D 為C 的局部放大(×50 000)；納米脫鈣骨基質底層致密，表面充滿不規則納米顆粒，顆粒大小不均勻，直徑20-50 nm，納米顆粒相互團聚，表面密布納米級別凹槽，內部形成較多微米級別孔隙結構，孔隙大小不一，互相聯通。

先進工藝，效能革新

脫鈣骨基質經納米化研磨后凍干后，掃面電鏡觀察顯示其底層致密，表面充滿不規則納米顆粒，顆粒直徑20-50 nm，納米顆粒相互團聚，表面密布納米級別凹槽，內部形成大量相互連通的微米級別孔隙，其微觀結構符合納米生物材料范疇。研究表明豐富的多孔結構有利于營養物質和氧氣的吸收與傳遞，促進細胞生長及骨組織重建，且內部孔隙大小不均勻的支架材料比單一孔徑大小的支架更有利于骨的修復與重建。

綜上所述，研究通過CryoMill和E-Max兩種不同的研磨儀改良了納米脫鈣骨基質的制備工藝，研磨效率高，研磨結果確切，材料粒度分布均勻，復合符合納米材料范疇，理論上有利于細胞的生長及骨組織重建，是一種具有極大應用潛力的骨組織工程生物材料，具有廣闊的研究前景和開發價值，但其生物活性和成骨性能還需要在后續實驗中進一步探討。

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