多孔材料是什么 多孔碳酸钙都有哪些高端应用领域

多孔材料是一类具备特殊性质的材料，一般具有大的比表面积、良好的热稳定性和化学稳定性，并且还是热和声的绝缘体。正是因为多孔材料具备了这些特性，使得它们在许多工业领域有广泛应用。多孔碳酸钙是一种无毒且生物相容性良好的材料，具有良好的生物降解性，而且降解速率适宜，使得该材料能够在药物、电子、陶瓷等诸多领域得以广泛利用。

1、药物载体

药物载体是靶向给药的重要组成部分，尤其在一些重大疾病治疗方面（如癌症、高血糖等）显得特别受关注。选为药物载体的物质既要满足能装载足量的药物，并与其不起反应，又要满足能在特定条件下充分释放药物，发挥药效，同时还要满足载体本身无毒、性质稳定等要求。传统的载体往往存在难分解、有毒或孔容量小等问题。

利用多孔碳酸钙作为载体，不但能有效解决上述问题，同时它还能直接作为药物应用于补钙、抑制胃酸等。因此，近年来，国内外将多孔碳酸钙应用于药物传输的研究也越来越多。

李亮等主要采用模板剂法等方法，在室温条件下制备得到了诸如球形、方形、花瓣形等不同纳米结构的多孔碳酸钙，并将其用于装载不同的药物。通过模拟药物在不同释放环境（如肠液和胃液）中的释放效果实验，发现多孔碳酸钙作为药物载体时能有效地延长药物释放时间，其药物装载量也比较高，主要受碳酸钙材料自身结构的影响。

在印度，KURAPATI等利用β-环糊精作为添加剂制备得到的碳酸钙装载疏水性药物，发现对香豆素和尼罗红有很好的装载效果。

ZHANG等研究了多孔碳酸钙对Hela细胞的生物相容性，结果表明多孔碳酸钙的生物相容性比其他纳米材料要好。

利用多孔碳酸钙的无毒和良好的生物相容性，日本的HARUTA博士率领自己的科研团队进行了装载胰岛素研究。通过动物实验和临床实验研究表明，利用多孔碳酸钙负载胰岛素，通过鼻腔给药能够快速作用，控制血糖含量，尤其适合糖尿病人餐后血糖的控制，不过此项研究还得进行更长期的毒性实验，以确保人类用药安全。

与传统采用溶液吸附负载药物不同，PREISIG等采用溶剂蒸发的方式进行药物负载，布洛芬、硝苯地平、氯沙坦钾、甲硝唑苯甲酸酯等水溶性差的药物能有效负载到多孔碳酸钙上，其负载量与载体的孔容量相当，而且过程无药物损失。

2、生物陶瓷

由于碳酸钙具有良好的成骨诱骨活性、生物相容性和降解性，在生物学、医药学中被广泛应用。以天然珊瑚等高碳酸钙含量天然资源为原料，采用盐析法等多种方法制备的新型多孔碳酸钙陶瓷（PCCC）可制成细胞支架，在20世纪90年代初就已经被用作人类骨髓细胞、成纤维细胞、牙龈纤维细胞及胎鼠骨细胞的体外培养，其中谭金海等还以不同实验对人工制备的PCCC进行了性能测试，通过与其他材料对比，发现PCCC不仅具有良好的气孔率、孔径和孔的连通性，在生物相容性方面也较常规材料好，有助于引导骨再生，进行骨修复。

在临床方面，矫形和口腔颌面外科则把PCCC用于骨缺损的修复，取得了良好效果。HE等通过把多孔碳酸钙复合材料植入机体内研究发现，碳酸钙是潜在的骨移植材料，而并非传统意义上的合成骨移植物。

3、废纸回收

在全国上下高度重视供给侧改革的同时，环保也日趋重视，而在环保领域中，对于废纸回收利用的程度达到了空前。亚洲废纸消费占据了全球废纸消费的半壁江山，其2015年的消耗量约为1.03亿吨，远超欧美。但是在回收利用废纸的关键技术上，由于中国发展起步晚、前期投入不足等原因，造成技术较落后、回收纸利用范围窄。

近年来，随着石头纸的出现，我国回收纸研究再次出现新热潮。ENOMAE等科研人员通过研究发现，在回收纸中添加多孔超细碳酸钙可有效提高回收纸质量，尤其是在提高纸张白度、吸墨性和疏水性方面。由此，多孔碳酸钙在造纸工业中的应用迎来新局面。

4、超疏水表面材料

超疏水材料，又称仿荷叶表面材料，是表面稳定接触角大于150°、滚动接触角小于10°的一种特殊材料，主要用于防水、防雾、防雪、防污等方面。超疏水材料的制备主要受其表面影响，因此研究出具有超疏水的表面材料是关键。

钟明强等以自制多孔碳酸钙微球层为模板，经热压和酸刻蚀等步骤得到了聚乙烯超疏水表面。与传统模板相比，多孔碳酸钙在模板的耐用性、可重复性、制备简便性及模板面积等方面有着明显优势。采用水滴静态接触角（WCA）测定评估其材料表面的浸润性，发现结果明显好于普通光滑表面，在与雨水接触时，表现出良好的耐水冲击能力。

5、生物传感器

生物传感器是物质分子水平的快速、微量分析方法，在临床诊断、工业控制、食品和药物分析、环境保护以及生物技术等研究中有着广泛的应用前景。

GONG等首先利用电沉积法制备3D多孔碳酸钙壳聚糖复合膜，继而固定乙酰胆碱酯酶制作生物传感器。将此传感器应用在农药检测方面，通过实验发现，该方法制作的生物传感器在测定甲基对硫磷方面有很强的灵敏性，检出的最低限为1ng/mL（S/N=3），而且具有良好的再现性与稳定性。

6、生物微胶囊

生物微胶囊源起20世纪50年代，主要是将生物活性物质包封在具有选择透过性膜的微胶囊中，是生物物质（细胞、酶等）固定化的主要技术手段。在众多微胶囊的制备方法中，以模板法最为常用，而通常采用的模板均为多孔材料。近几年由于多孔碳酸钙的强劲发展势头，科研工作人员也将其应用于制备生物微胶囊。

研究人员采用以模板法为主的方式制备得到多孔碳酸钙，对其进行表面改性后用作生物微胶囊制备的模板，当多孔碳酸钙溶去后便能形成内部多孔的微胶囊骨架，再通过层层自组装的方式制备囊膜，常用的膜材料有海藻酸盐、壳聚糖、聚丙烯酸酯等。

利用多孔碳酸钙作为微胶囊制备的模板，主要有模板易除去、无毒等优点；同时相对于有机模板而言，避免了有机模板剂造成微囊壁化学组成或力学性能改变的现象发生。

7、其他

多孔碳酸钙不仅仅只应用在上面所述的领域，在其他很多方面也有不错的表现。YAMANAKA等利用多孔碳酸钙的高比表面积和大孔容进行有毒甲醛蒸气的吸附研究，其吸附量能达到8.2mg甲醛/g碳酸钙，表明多孔碳酸钙也可用于有毒有害气体的处理。

鉴于碳酸钙在废水中重金属离子的处理研究得以成功，CHONG等将球霰石型的多孔碳酸钙用于吸附溶液中的刚果红，结果显示其吸附量高达16.6mg/g。这为多孔碳酸钙在处理有机废水中的应用开创了新局面。

来源：周绿山,赖川,王芬,等.多孔碳酸钙的制备及应用研究进展[J].化工进展,2018, 316(01):166-174.