不同聚氨基酸對(duì)磷酸鈣生物礦化過(guò)程及其生物相容性的調(diào)制.pdf

1、自然界中存在著各種生物礦物，這些生物礦物的形成過(guò)程和普通化學(xué)沉淀過(guò)程有著很大的差別。首先，它是一個(gè)緩慢的過(guò)程，要經(jīng)歷許多不同的階段。每個(gè)階段中，生物礦物的結(jié)構(gòu)、組成和形貌都有著很大的不同。導(dǎo)致這一系列變化的原因是生物大分子的參與。研究表明，這些生物大分子能夠通過(guò)改變成核、生長(zhǎng)及相轉(zhuǎn)變的活化能，有效地把生物礦物穩(wěn)定在一個(gè)介穩(wěn)的狀態(tài)或者誘導(dǎo)某些中問(wèn)體的形成。然而遺憾的是，很多生物礦物的重要中間體我們還無(wú)法通過(guò)仿生的方法得到，因此也就無(wú)法了解

2、這些中間態(tài)的作用和形成過(guò)程。這主要是由于沒(méi)有一個(gè)有效的手段能夠把生物礦化反應(yīng)控制在穩(wěn)定的中間態(tài)。通過(guò)對(duì)參與反應(yīng)的生物大分子的微小改變來(lái)控制礦化反應(yīng)動(dòng)力學(xué)，本論文系統(tǒng)研究了在不同的礦化階段，礦物的晶化程度、組成和形貌的差異；同時(shí)，通過(guò)細(xì)胞相容性實(shí)驗(yàn)，觀(guān)察材料在不同礦化階段中生物相容性的差別，從而為研究生物礦物的整個(gè)形成過(guò)程提供依據(jù)。本論文的工作包括兩個(gè)部分：第一個(gè)部分是對(duì)磷酸鈣材料的生物礦化過(guò)程的研究，另一個(gè)部分是對(duì)二氧化硅介孔材料的形成

3、過(guò)程的研究。 首先，論文選用了一系列羥基取代度不同的聚天冬氨酸來(lái)控制二水合磷酸氫鈣(DCPD)的形成過(guò)程。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，生物大分子的一個(gè)細(xì)微變化可以對(duì)生物礦化的整個(gè)動(dòng)力學(xué)過(guò)程產(chǎn)生顯著影響。我們選取了礦化反應(yīng)分別進(jìn)行至第3天和至第20天的兩種羥基取代度不同的聚天冬氨酸，得到的產(chǎn)品再進(jìn)行了紅外、熱重、X射線(xiàn)粉末衍射和掃描電鏡等表征。將結(jié)果進(jìn)行對(duì)比之后，我們發(fā)現(xiàn)羥基取代度不同的聚天冬氨酸不僅能夠影響產(chǎn)物的形貌、組成以及結(jié)構(gòu)，而且由于羥基取

4、代度不同的聚天冬氨酸與鈣離子相互作用不同，還可以將礦化控制在不同的晶化階段。但是隨著時(shí)間的延長(zhǎng)，這些介穩(wěn)狀態(tài)的礦物會(huì)逐漸晶化而形成穩(wěn)定的礦物，其組成也在不斷地發(fā)生變化。這可能是因?yàn)榫厶於彼嶂械聂然梢酝ㄟ^(guò)和鈣離子相互作用來(lái)控制溶液中游離鈣離子的濃度，從而最終控制DCPD的沉淀和晶化程度。另外，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，反應(yīng)溫度和溶液中聚天冬氨酸的濃度對(duì)整個(gè)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)也有很大的影響。 為了進(jìn)一步模擬生物礦化的過(guò)程，論文還將此溶液相的礦化反應(yīng)

5、推廣到固液界面上，即以殼聚糖為支架大分子，在上述體系下生長(zhǎng)磷酸鈣膜。與溶液相中的結(jié)果相似，羥基取代度不同的聚天冬氨酸導(dǎo)致了兩種差異很大的結(jié)果。同時(shí)，磷酸鈣的膜隨著時(shí)間的變化也經(jīng)歷了一個(gè)明顯的轉(zhuǎn)變過(guò)程。我們對(duì)其中幾種膜材料行進(jìn)了生物相容性測(cè)試，發(fā)現(xiàn)聚天冬氨酸的羥基取代度不同，它們制備的樣品的生物相容性也會(huì)有差異。第二部分的工作——介孔氧化硅材料的合成以及表征研究，在本論文的第四章進(jìn)行了闡述。我們采用了在堿性條件下，用乙酸乙酯水解驅(qū)動(dòng)硅酸鈉