Hoog-oppervlakte Eigel-Schil Calciumphosfaat Microsferen van Organische Fosfor- en Calciumbronnen voor Verbeterde HEL-Adsorptie

Samenvatting

Eigel-schil-gestructureerde calciumfosfaat-microsferen hebben een groot potentieel voor medische toepassingen vanwege hun uitstekende fysicochemische eigenschappen en biocompatibiliteit. Echter, het ontwikkelen van een eigel-schil-gestructureerd calciumfosfaat met hoge adsorptiecapaciteit blijft een uitdaging. Hier is een poreuze eigel-schil-gestructureerde microsfeer (ATP-CG) van calciumfosfaat met hoge specifieke oppervlakte [SBET = 143 m² g⁻¹, wat ongeveer drie keer zo hoog is als die van ATP-CL microsferen gesynthetiseerd door de calciumbron te vervangen door calcium L-lactaat pentahydraat (CL)] met succes gesynthetiseerd door gebruik te maken van adenosine 5'-trifosfaat disodiumzout (ATP) als de fosforbron en calciumgluconaat monohydraat (CG) als calciumbron door een zelf-sjabloonbenadering. De invloeden van de molaire verhouding van Ca tot P (Ca/P), hydrothermale temperatuur en tijd op de morfologie van ATP-CG microsferen werden ook onderzocht. Het is gevonden dat de organische calciumbron en organische fosforbron een vitale rol spelen in de vorming van de eigel-schil-structuur. Verder werd een reeks adsorptie-experimenten onderzocht om het adsorptiemechanisme van twee soorten eigel-schil-gestructureerde microsferen gesynthetiseerd met verschillende calciumbronnen te verduidelijken. De resultaten tonen aan dat de adsorptiecapaciteit van ATP-CG microsferen (332 ± 36 mg/g) ongeveer twee keer hoger is dan die van ATP-CL microsferen (176 ± 33 mg/g). Bovendien spelen de hogere specifieke oppervlakte veroorzaakt door de calciumbron en unieke oppervlaktechemische eigenschappen voor ATP-CG microsferen een belangrijke rol in de verbetering van HEL-adsorptiecapaciteit. De studie geeft aan dat de als-voorbereide eigel-schil-gestructureerde microsfeer veelbelovend is voor toepassing in medicijnleveringsvelden en biedt een effectieve benadering voor het verbeteren van medicijnadsorptiecapaciteit.

Inleiding

Calciumfosfaat heeft de afgelopen jaren aanzienlijke aandacht gekregen vanwege zijn uitstekende biocompatibiliteit, hoge ladingcapaciteit en leveringsefficiëntie. Calciumfosfaat-gerelateerde biomaterialen zijn breed gebruikt in diverse biomedische velden, zoals weefselengineering, botreparatie en medicijnlevering. Om het toepassingsbereik uit te breiden en de prestaties van calciumfosfaat-gebaseerde materialen te verbeteren, zijn diverse calciumfosfaat-materialen met variëteiten van morfologieën en microstructuren gerapporteerd, inclusief gecarbonateerde hydroxyapatiet (HAp) microsferen, HAp microbuizen, holle HAp microsferen, mesoporiene eigel@kooi-schil nanospheren van amorfe calciumfosfaat (ACP).

Onder diverse morfologieën hebben eigel-schil-gestructureerde microsferen steeds meer aandacht getrokken, aangezien ze niet alleen frontmateriaalwetenschap zijn maar ook unieke morfologische kenmerken vertonen. In eigel-schil-gestructureerde microsferen kan de lege ruimte tussen eigelkern en schil dienen als opslagreservoir voor diverse lading en de poreus-gestructureerde schil kan een diffusiepad bieden voor gastmoleculen, wat hen groot potentieel geeft voor diverse toepassingen inclusief katalyse, lithium-ionbatterijen, fotokatalyse en biomedicine. Traditioneel zijn offer-sjabloonmethoden de primaire om eigel-schil-gestructureerde microsferen te prepareren. Deze sjabloonstrategieken hebben groot succes behaald in het aanpassen van structuur en eigenschappen. Echter, deze benaderingen hebben enkele nadelen. Bijvoorbeeld, gedetailleerde verwerkingsstappen en surfactanten of structuur-richtende reagentia, die gevaarlijk kunnen zijn voor de menselijke gezondheid. Op dit moment zijn zelf-sjabloonmethoden breed gebruikt in het onderzoek van eigel-schil-gestructureerde microsferen. In tegenstelling tot de traditionele sjabloonbenaderingen, zijn de sjablonen die in zelf-sjabloonbenaderingen worden gebruikt, niet alleen de sjablonen voor het vormen van de gaten, maar ook de precursor van eigel-schil-gestructureerde microsferen. Dus zijn zelf-sjabloonmethoden gemakkelijke benaderingen om eigel-schil-gestructureerde microsferen te prepareren. Echter, de introductie van zelf-sjabloonbenaderingen tot de synthetisering van eigel-schil-gestructureerde calciumfosfaat-microsferen blijft een interessante uitdaging.

Verder zijn calciumfosfaat-materialen gebruikt om verschillende typen lading te dragen zoals eiwitten, DNA en siRNA. Echter, de slechte medicijnadsorptiecapaciteit van calciumfosfaat moet dringend worden opgelost. Over het algemeen hangen de benaderingen van medicijnmoleculen immobiliseren op het oppervlak van de drager af van de oppervlakte-eigenschappen inclusief oppervlaktepotentieel, hydrofobiciteit/hydrofiliciteit, waterstofbinding en specifieke oppervlakte. Dus is het verbeteren van oppervlakte-eigenschappen en specifieke oppervlakte een geldige benadering voor het verbeteren van medicijnadsorptiecapaciteit van de drager.

Hier bereidden we een soort poreuze eigel-schil-gestructureerde microsferen van calciumfosfaat door gebruik te maken van adenosine 5'-trifosfaat disodiumzout (ATP) als de fosforbron en calciumgluconaat monohydraat (CG) als de calciumbron door zelf-sjabloonbenadering. Zonder enige toevoeging van sjabloonmiddel, tonen de als-voorbereide eigel-schil-gestructureerde calciumfosfaat-microsferen een bijzonder hoge specifieke oppervlakte. Verder werd het hen-ei lysozyme (HEL) adsorptiegedrag van ATP-CG microsferen onderzocht in vergelijking met de ATP-CL microsferen bereid door de calciumbron te vervangen door calcium L-lactaat pentahydraat (CL). De resultaten onthullen dat het verschil in specifieke oppervlakte veroorzaakt door de calciumbron en oppervlaktechemische eigenschappen een vitale rol spelen in de verbetering van HEL-adsorptiecapaciteit.

Methoden

Materialen

Adenosine 5'-trifosfaat disodiumzout (ATP) werd verkregen van Macklin Biochemical Co., Ltd (Shanghai, China). Calciumgluconaat monohydraat (CG) en calcium (L)-lactaat pentahydraat (CL) werden verkregen van Sangon Biotech Co., Ltd (Shanghai, China). Het hen-ei lysozyme (HEL, ~ 70000 U/mg) werd aangeschaft bij Sigma-Aldrich (Taufkirchen, Duitsland).

Synthetisering en Karakterisering van ATP-CG en ATP-CL Eigel-Schil-Gestructureerde Microsferen

De ATP-CG eigel-schil-gestructureerde calciumfosfaat-microsferen werden als volgt bereid: In het kort, 0,9 g CG werd opgelost in 20 mL ultrazuiver water om oplossing C te vormen bij 60 °C en 0,11 g ATP werd opgelost in 5 mL ultrazuiver water om oplossing P te vormen. Vervolgens werd oplossing C afgesteld tot kamertemperatuur en gemengd met oplossing P onder hevig roeren en de pH van de oplossing werd aangepast door 2 M NaOH-oplossing tot 5. Het eindvolume van de oplossing was 30 mL met de extra toevoeging van ultrazuiver water en de molaire verhouding van Ca tot P (Ca/P) was 3,3. De eindoplossing werd overgebracht in een microgolf-verteersysteem voor microgolf-hydrothermale reactie en behandeld bij 120 °C gedurende 15 min. De resulterende neerslagen werden verzameld door centrifugatie (4500 rpm, 10 min), gespoeld met ultrazuiver water en 48 uur lyofiliseerd. De ATP-CL microsferen werden bereid volgens literatuurprocedures.

De kristallijne fase van de microsferen werd gekarakteriseerd door röntgendiffractie (XRD, Cu Kα-bron, λ = 0,154). De morfologie van microsferen werd waargenomen door scanning elektronenmicroscopie (SEM), transmissie-elektronenmicroscopie (TEM) en hoge-resolutie TEM (HRTEM). De samenstelling van microsferen werd bestudeerd door Fourier-transformatie infraroodspectrofotometrie (FTIR). De specifieke oppervlakte van microsferen werd bepaald door Brunauer-Emmett-Teller (BET). Thermogravimetrieanalyse (TGA) werd gebruikt om de thermische eigenschappen van monsters te bestuderen bij een verwarmingssnelheid van 10 °C/min in stikstofatmosfeer.

HEL-Adsorptie en Karakterisering

De HEL-adsorptie-experimenten van twee soorten microsferen werden als volgt uitgevoerd: de bepaalde hoeveelheden eigel-schil-microsferen (ATP-CG, Ca/P = 3,3, 120 °C, 15 min, en ATP-CL, Ca/P = 2,5, 120 °C, 30 min) werden gedispergeerd in het water met constante ultrasoonbehandeling gedurende 10 min om 1,5 mg/mL microsfeer-suspensie te vormen. Vervolgens werden 0,5 mL waterige oplossingen die diverse concentraties HEL bevatten, direct toegevoegd aan 1 mL bovengenoemde suspensie en de eindconcentraties van medicijn waren 1–7,5 mg/mL. Elke oplossing werd geschud (200 rpm) bij 37 °C gedurende 6 uur. Later werden de oplossingen gecentrifugeerd en de hoeveelheden HEL in de supematanten gemeten door UV-vis-spectrofotometer bij 280 nm. De zeta-potentialen en samenstellingen van microsferen voor en na medicijnlading werden gekarakteriseerd door zeta-potentiaal-analyser, FTIR-spectrometer en thermogravimetrische analysator (TGA, verwarmingssnelheid 10 °C min⁻¹, stikstofatmosfeer).

Adsorptie-Isotherm

Om het adsorptiegedrag te onderzoeken, werd het Dubinin-Radushkevich-isotherm (D-R) model in onze studie uitgevoerd. Het D-R-model is gebaseerd op de theorie van micropore-vulling, wat gebruikt wordt om de niet-ideale sorptie op een heterogeen oppervlak te beschrijven alsook het sorptiemechanisme (fysische sorptie of chemische sorptie) te onderscheiden. Het model wordt uitgedrukt door de volgende vergelijking: waar Qeq de adsorptiecapaciteit van de adsorbeerder bij evenwicht is (mg/g), Ceq de adsorbaat-concentratie in de waterfase bij evenwicht (mL/L). Qm is de maximale adsorptiecapaciteit. R is gasconstante, 8,314 J/(mol ∙ K). T is absolute temperatuur. E vertegenwoordigt de gemiddelde vrije energie voor het schatten van het type adsorptie. Als de E-waarde onder 8 kJ/mol is, kan het adsorptietype worden verklaard door fysische adsorptie, tussen 8 en 16 kJ/mol behoort het adsorptietype tot ionuitwisseling en groter dan 16 kJ/mol kan het adsorptietype worden beschreven door chemische adsorptie.

Statistische Analyse van Medicijn-Adsorptie

Data werden voorgesteld als gemiddelde ± standaarddeviatie (SD) waarde. Significante verschillen (p < 0,05) werden statistisch berekend tussen verschillende groepen met behulp van eenrichtingsvariatieanalyse (ANOVA). Alle experimenten werden in drievoud uitgevoerd en data geanalyseerd met behulp van de DPS-software.

Resultaten en Discussie

Morfologie en Chemische Karakterisering van Microsferen

ATP-CG Eigel-Schil-Gestructureerde Microsferen

SEM-afbeeldingen in Fig. 1 tonen de morfologieën van diverse monsters verkregen onder verschillende reactiecondities. Bij t = 5 min of 15 min, zijn alle producten samengesteld uit uniforme microsferen. Echter, wanneer de hydrothermale tijd verder verhoogd wordt tot 30 min, werden nanosheets-zelf-gemonteerde microsferen gevormd (zoals getoond in Fig. 1 f, i, l). Tegelijkertijd wordt het effect van Ca/P op de morfologie van producten waargenomen bij t = 30 min. Met de toename van Ca/P, werden de nanosheets-zelf-gemonteerde microsferen geleidelijk gevormd (zoals getoond in Fig. 1 f, i, l). De vorming van nanosheets-zelf-gemonteerde microsferen kan worden verklaard door de volgende redenen. Ten eerste, onder het microgolf-hydrothermale proces, kunnen ATP-moleculen hydrolyseren om adenosijn-gebaseerde moleculen te vormen inclusief adenosijn-difosfaat (ADP), adenosijn-monofosfaat (AMP) en adenosijn, en gelijktijdig fosfaationen (PO₄³⁻) vrijmaken. Tegelijkertijd kunnen CG-moleculen hydrolyseren om gluconaat en calciumionen (Ca²⁺) te vormen. Vervolgens zouden fosfaationen reageren met calciumionen om primaire ACP-kernen te vormen. Dan groeien de initiële ACP-kernen en assembleren om ACP-microsferen te vormen. Daarom, wanneer de hydrothermale tijd verder verlengd wordt, worden de ATP- en CG-moleculen in oplossing verder gehydrolyseerd en geven meer PO₄³⁻ en Ca²⁺ ionen vrij, wat de vorming van nanosheets-zelf-gemonteerde microsferen veroorzaakt door de supersaturatie van het systeem en de nucleatiesnelheid te verbeteren. Bovendien versnelt de toename van Ca/P de lokale hoge concentratie van Ca²⁺ de morfologietransformatie van producten op dezelfde manier als hierboven. De bovenstaande analyse geeft aan dat de hydrothermale tijd en Ca/P een belangrijke invloed hebben op de morfologie van producten.

Vervolgens worden de FTIR-spectra van microsferen gesynthetiseerd met diverse Ca/P bij 120 °C gedurende 15 min onderzocht (Fig. 2). De pieken bij 1620 cm⁻¹, 1383 cm⁻¹ en 912 cm⁻¹ toegeschreven aan de karakteristieke pieken van de C=O, C–O van CG en P–O-groepen van ATP, respectievelijk, wat impliceert dat niet-gehydrolyseerde CG- en ATP-moleculen of hun derivaten geadsorbeerd zijn op het oppervlak van de microsferen. De zwakke karakteristieke piek van de PO₄³⁻ van HAp bevindt zich bij 1035 cm⁻¹ en de absorptiepieken bij 1122 cm⁻¹ en 567 cm⁻¹ zijn toegewezen aan PO₄³⁻-ionen van ACP, wat aangeeft dat de producten samengesteld zijn uit ACP en HAp. De FTIR-resultaten suggereren dat het calciumfosfaat met succes is bereid door ATP als fosforbron en CG als calciumbron te gebruiken.

Verder worden de SEM- en TEM-afbeeldingen van monsters gesynthetiseerd met diverse Ca/P door microgolf-hydrothermale methode bij 120 °C gedurende 15 min getoond in Fig. 3. Wanneer de Ca/P 0,8 of 1,67 is, bestaan de monsters uit poreuze microsferen (Fig. 3b, d). Wanneer de Ca/P 2,5 is, begint de morfologie van producten te transformeren naar eigel-schil-gestructureerde microsferen (Fig. 3f). Naarmate de Ca/P verder toeneemt tot 3,3, zijn de producten volledig samengesteld uit eigel-schil-gestructureerde microsferen (Fig. 3h). Daarbuiten worden enkele gebroken spheren en de blootgelegde kernen van de eigel-schil-microsferen (invoegsel in Fig. 3g) waargenomen na mechanische breuk, wat bewijs levert van een holle structuur tussen eigel en schil. Op basis van de bovenstaande waarnemingen stellen we voorlopig het vormingsmechanisme van eigel-schil-gestructureerde microsferen gesynthetiseerd met diverse Ca/P voor. Wanneer de Ca/P lager is, worden poreuze ACP-microsferen eerst gevormd, wat toegeschreven wordt aan het inhibitie-effect van ATP- en CG-moleculen of hun derivaten geadsorbeerd op het oppervlak van de microsferen. Dan, naarmate de Ca/P verder toeneemt, zal de metastabiele ACP verder groeien, wat gedreven wordt door de hoge supersaturatie van het systeem. Ten slotte worden de kristallijne HAp's gevormd op het externe oppervlak, wat bevestigd wordt door de hoge-resolutie TEM (HRTEM)-afbeelding van microsferen in Fig. 3i (de interplanaire afstand van 0,308 nm kan geïndexeerd worden naar (210) van HAp). Als resultaat worden de holle structuren tussen eigel en schil gegenereerd door het verschil in volume of dichtheid tussen HAp en ACP. De corresponderende EDS-mapping geeft aan dat de Ca, P en O-elementen uniform verdeeld zijn door de microsferen. De EDS-spectra in Fig. 3k en XPS-spectrum in Fig. 3l onthullen dat de chemische elementen van microsferen voornamelijk Ca, P en O omvatten, wat consistent is met het resultaat van FTIR (Fig. 2).

De impact van microgolf-geassisteerde hydrothermale tijd en temperatuur op de morfologie van microsferen gesynthetiseerd met Ca/P = 3,3 wordt verder onderzocht. Zoals getoond in Fig. 4a-b, wanneer de hydrothermale tijd 5 min is, zijn de monsters samengesteld uit poreuze microsferen. Zoals hierboven besproken, wanneer t = 15 min, is het product ook samengesteld uit eigel-schil-gestructureerde microsferen (Fig. 4c-d). Wanneer de hydrothermale tijd verlengd wordt tot 60 min of de temperatuur verhoogd tot 160 °C, worden bladen of staven bundels waargenomen (Fig. 4e-l). De morfologietransformatie van poreus naar eigel-schil naar blad of staaf wordt toegeschreven aan de verdere groei van ACP met de continue hydrolyse van ATP- en CG-moleculen in oplossing. Bovendien versnelt de hydrolyse van ATP- en CG-moleculen of hun derivaten geadsorbeerd op het oppervlak van de ACP-microsferen de groei van ACP. Een interessant fenomeen ontstond bij 60 min of 160 °C, deze bladen of staven zijn ook ontwikkeld uit ACP-nanodeeltjes (zoals getoond in rode kaders), wat bevestigd wordt door de DTA-analyse in Fig. S1. Een exothermische piek bij 650 °C wordt waargenomen in de DTA-curven, wat toegeschreven wordt aan de ACP-kristallisatie. De exothermische piek wordt geleidelijk zwakker met de toename van hydrothermale tijd of temperatuur, wat impliceert dat de transformatie van ACP in de producten naar kristallijne calciumfosfaat.

De chemische samenstelling en structuur van monsters gesynthetiseerd met Ca/P = 3,3 onder verschillende hydrothermale tijd of temperatuur worden onderzocht door de FTIR en XRD. Zoals getoond in Fig. 5a, bevinden de karakteristieke pieken van PO₄³⁻-ionen van HAp zich bij 1037 cm⁻¹ en 603 cm⁻¹. De piek bij 1122 cm⁻¹ is toegewezen aan de karakteristieke piek van PO₄³⁻-ionen van ACP. De absorptiepieken bij 1620 cm⁻¹ en 1383 cm⁻¹ zijn toegeschreven aan de karakteristieke piek van C=O en C–O-groepen van CG, respectievelijk. De absorptiepiek bij 912 cm⁻¹ verwijst naar de asymmetrische P–O-rektrilling van ATP. Door de hydrothermale tijd of temperatuur te verhogen, neemt de intensiteit van de karakteristieke pieken van CG en ATP geleidelijk af, wat aangeeft dat de ATP- en CG-moleculen of hun derivaten geadsorbeerd op het oppervlak van de microsferen verder worden gehydrolyseerd. Tegelijkertijd vertoont de intensiteit van de karakteristieke piek van PO₄³⁻-ionen in HAp een geleidelijke toename met de afname van de intensiteit van de ACP-karakteristieke piek, wat de transformatie van de kristallijne fase van producten naar HAp-fase verlicht.

Figuur 5b toont XRD-patronen van verschillende monsters. Een karakteristieke hobbel van amorfe fase bij ongeveer 2θ = 30° van microsferen gesynthetiseerd bij 5 of 15 min wordt waargenomen. Echter, wanneer de hydrothermale tijd verlengd wordt tot 60 min of de temperatuur verhoogd tot 160 °C, transformeert de kristallijne fase van microsferen volledig naar HAp, wat geïndexeerd kan worden als de standaarddata (JDCPS nr. 09-0432). De verbetering in de relatieve intensiteit van (211), (300) en (002) roostervlakken kan de toename in kristalliniteit van producten verder verklaren. Dus bevestigen de XRD- en FTIR-resultaten de kristallijne fasetransformatie van producten met de toename in hydrothermale temperatuur of tijd.

ATP-CL Eigel-Schil-Gestructureerde Microsferen

Om medicijnadsorptiegedrag te vergelijken, werden de andere eigel-schil-gestructureerde microsferen bereid door CL te gebruiken als organische calciumbron door microgolf-hydrothermale methode. Wat morfologie betreft, bestaan de monsters nog steeds uit eigel-schil-gestructureerde microsferen, wat geverifieerd wordt door de gebroken spheren (invoegsel in Fig. 6a) en TEM-afbeeldingen (Fig. 6b, c). Het resultaat demonstreert dat de verandering in calciumbron geen significant effect heeft op de morfologie van producten. Bovendien tonen de geselecteerde-gebied-elektrondiffractie (SAED) discrete SAED-punten (Fig. 6d), wat aantoont dat goed-gekristalliseerde microsferen verkregen zijn. Bovendien toont de EDS-mapping de gelijke verdeling van Ca, P en O-elementen in microsferen (Fig. 6e). De corresponderende EDS-spectra bevestigen ook de aanwezigheid van Ca, P en O-elementen in microsferen (Fig. 6f), wat aangeeft dat de als-voorbereide microsferen calciumfosfaat zijn.

HEL-Adsorptie en Adsorptiemechanisme van Microsferen

Zoals getoond in Fig. 7, neemt de adsorptiecapaciteit van twee soorten microsferen toe met de toenemende initiële concentratie van HEL. Wanneer de initiële concentratie van HEL toeneemt tot 6,5 mg/mL, bereikt de adsorptiecapaciteit van de ATP-CG-microsferen een plateau en is de maximale adsorptiecapaciteit van microsferen ongeveer 332 ± 36 mg/g (Fig. 7a), wat ongeveer twee keer hoger is dan die van ATP-CL-microsferen (176 ± 33 mg/g, 6 mg/mL, Fig. 7b).

Het HEL-adsorptieresultaat wordt verder ondersteund door de FTIR-spectra en TG-curven. Zoals getoond in Fig. 8a, b, worden de absorptiepieken bij 1134 cm⁻¹ (1139 cm⁻¹) en 563 cm⁻¹ (568 cm⁻¹) toegewezen aan de karakteristieke piek PO₄³⁻-ionen van ACP en 1039 cm⁻¹ (1040 cm⁻¹) toegewezen aan de karakteristieke piek van PO₄³⁻-ionen van HAp waargenomen in de HEL-geadsorbeerde microsferen, wat aangeeft dat de introductie van HEL in microsferen geen significante verandering in de structuur van microsferen veroorzaakt. De adsorptiepieken bij 1542 cm⁻¹ en 1545 cm⁻¹ toegeschreven aan amidegroep van HEL worden waargenomen in HEL-geadsorbeerde microsferen, wat bevestigt dat HEL met succes op de microsferen is geadsorbeerd. Tegelijkertijd worden de adsorptiebanden bij 2966, 2962, 2935 en 2927 cm⁻¹ afkomstig van –CH₃ en –CH₂-groepen van HEL ook gedetecteerd in HEL-geadsorbeerde microsferen, wat de aanwezigheid van HEL op de microsferen verder verifieft. De TGA-curven tonen aan dat het gewichtsverlies van ATP-CG-microsferen voor en na HEL-adsorptie 11,3% en 36,7% is, respectievelijk (Fig. 8c). Daarom is de HEL-adsorptiecapaciteit van ATP-CG-microsferen ongeveer 340 mg/g. Echter, een gewichtsverlies van 21,1% van ATP-CL wordt verkregen voor HEL-adsorptie en 37% verschijnt op de HEL-geadsorbeerde microsferen (Fig. 8d). Dus is de HEL-adsorptiecapaciteit 189 mg/g voor ATP-CL-microsferen. De TGA-resultaten zijn dicht bij het resultaat uit Fig. 7.

Om de oorzaak van het adsorptiecapaciteitsverschil tussen twee soorten microsferen te onderzoeken, worden de evenwichtsadsorptiedata van microsferen verder geanalyseerd volgens D-R-isothermmodel. De fitcurven worden getoond in Fig. 9 en fitparameters zijn vermeld in Tabel 1, respectievelijk. Uit de fitresultaten is de correlatiecoëfficiënt van ATP-CG hoger dan ATP-CL, wat suggereert dat D-R-model geschikt is voor het beschrijven van het medicijnadsorptiegedrag van ATP-CG-microsferen. Aangezien de E-waarde onder 8 kJ/mol is, is de adsorptie van HEL op ATP-CG-microsferen fysische sorptie. De maximale capaciteit (Qm) van ATP-CG-microsferen voor HEL kan zo hoog oplopend als nabij 381 mg/g, wat dicht bij het resultaat uit Fig. 7a ligt.

Aangezien de adsorptie van HEL op de ATP-CG-microsferen fysische sorptie is, wordt het oppervlaktepotentieel van microsferen onderzocht. Zoals getoond in Fig. 10a, is de zeta-potentiaalwaarde van ATP-CG, ATP-CL-microsferen en HEL in ultrazuiver water –17 mV, –22 mV en 20 mV, respectievelijk. Na HEL-adsorptie verandert de zeta-potentiaalwaarde van ATP-CG en ATP-CL-microsferen naar 2,7 mV en 1,5 mV, respectievelijk, wat aangeeft dat de adsorptie van HEL-moleculen op het oppervlak van microsferen plaatsvindt door de aantrekkende elektrostatische kracht. Echter, de aantrekkende elektrostatische kracht is niet de hoofdoorzaak van het adsorptiecapaciteitsverschil tussen twee soorten microsferen, omdat er geen significant verschil is in zeta-potentiaalwaarden (–17 mV en –22 mV) tussen microsferen.

Daarom, om de reden die het adsorptiecapaciteitsverschil tussen microsferen veroorzaakt, verder te verduidelijken, wordt de specifieke oppervlakte van microsferen onderzocht. Zoals getoond in Fig. 11a, is de BET-specifieke oppervlakte (SBET) van ATP-CG-microsferen 143 m² g⁻¹, wat ongeveer drie keer zo hoog is als de ATP-CL-microsferen (55 m² g⁻¹, Tabel 2). Dus kan de specifieke oppervlakte bijdragen aan het adsorptiecapaciteitsverschil tussen microsferen. Zulke hoge specifieke oppervlakte van ATP-CG-microsferen wordt voornamelijk toegeschreven aan de lage kristalliniteit. Uit Fig. 11b blijkt dat ATP-CG-microsferen lagere kristalliniteit vertonen dan die van ATP-CL-microsferen. Bovendien is het verschil in kristalliniteit tussen ATP-CG en ATP-CL voornamelijk te wijten aan de verschillende synthetisatiecondities. Over het algemeen neemt de productkristalliniteit toe met de hydrolysemate van reactanten onder bepaalde druk en temperatuur. Hier is de zuurtegraad van gluconzuur (pKa = 3,39) hoger dan L-melkzuur (pKa = 3,86), wat een langzamere hydrolysesnelheid zou veroorzaken en uiteindelijk een lagere kristalliniteit presenteren. Als resultaat worden ATP-CG-microsferen met een hogere specifieke oppervlakte verkregen door de calciumbron te veranderen.

Conclusies

De ATP-CG eigel-schil-microsferen zijn ontworpen door ATP te gebruiken als organische fosforbron en CG als organische calciumbron door een microgolf-geassisteerde hydrothermale methode. De microsferen tonen een hoge specifieke oppervlakte en hoge adsorptiecapaciteit. De invloeden van Ca/P, hydrothermale temperatuur en tijd op de morfologie en structuur van microsferen werden ook onderzocht. De studie geeft aan dat organische fosforbron en organische calciumbron een significant effect hebben op de vorming van eigel-schil-gestructureerde microsferen. Bovendien zijn de hydrothermale condities inclusief Ca/P, hydrothermale en temperatuur verantwoordelijk voor de vorming van eigel-schil-microsferen. Verder vinden we dat de specifieke oppervlakte en oppervlaktechemische eigenschappen zoals oppervlaktepotentieel twee sleutelfactoren zijn die de adsorptiecapaciteit van microsferen beïnvloeden door het HEL-adsorptiegedrag van twee soorten microsferen te vergelijken gesynthetiseerd met verschillende calciumbron.