蠶絲蛋白水凝膠的仿生礦化研究.pdf

1、生物體內的生物礦物通常是在水凝膠環(huán)境下形成的，是在可溶性功能蛋白和不可溶性有機模板蛋白協(xié)同調控作用下形成的產物，由于受到有機基質的精密調控，生物礦物精細的結構、復雜的形貌、優(yōu)異的性能是常規(guī)無機材料無法比擬的。受到生物礦化過程的啟發(fā)，本文首先利用天然絲素蛋白的再生溶液構建類似于生物體內的水凝膠環(huán)境，再將該絲素蛋白水凝膠浸入磷酸鹽溶液中進行仿生礦化處理，研究了絲素蛋白水凝膠中鈣離子含量、礦化時間等對該水凝膠礦化能力的影響；隨后以該絲素蛋白水

2、凝膠為模板，選擇檸檬酸和絲膠蛋白作為可溶性功能分子，研究了這兩個功能性分子對絲素蛋白水凝膠仿生礦化過程的影響。用X射線粉末衍射儀（XRD)、傅立葉變換紅外光譜儀（FTIR）、場發(fā)射掃描電子顯微鏡（FE-SEM）、透射電子顯微鏡（TEM）、熱重分析儀（TGA）、萬能試驗機等分析了制得的仿生礦化絲素蛋白水凝膠的晶相組成、化學結構、微觀形貌、熱穩(wěn)定性和機械性能。最后，將制得的仿生礦化絲素蛋白水凝膠與MG-63細胞在體外復合培養(yǎng)，用場發(fā)射掃描電

3、子顯微鏡觀察細胞在復合材料上生長形貌；MTT法檢測細胞活力；阿爾瑪藍檢測細胞的增殖情況；堿性磷酸酶活性檢測細胞分化水平，并用茜素紅染色觀察細胞礦化的鈣沉積。評價了仿生礦化絲素蛋白水凝膠的生物相容性。
　　研究結果表明：鈣離子的存在是絲素蛋白水凝膠仿生礦化的必要條件，當鈣離子濃度較低時，礦化反應基本上不發(fā)生或者反應緩慢。當鈣離子濃度過高時，礦化迅速，絲素凝膠對磷酸鈣礦物的調控作用不明顯。只有當鈣離子濃度適量時，磷酸鈣晶體受到絲素凝膠

4、調控作用沿著絲素孔洞壁定向生長。實驗過程證明絲素凝膠對晶體定向成核和生長起到至關重要的作用。XRD和FTIR分析表明絲素水凝膠中仿生礦化制備的晶體為羥基磷灰石。TG分析數(shù)據(jù)顯示對應于礦化0.5h，2h，12h，24h，72h的絲素水凝膠其礦物剩余量分別是33.8，36.6，37.4和38.8％。仿生礦化后的絲素凝膠比空白絲素凝膠表現(xiàn)出更好的壓縮強度。對不同礦化時間的礦化產物進行表征，結果表明：礦物相含量、晶相的結晶度和凝膠的壓縮模量均隨

5、著礦化時間的延長而增加。不同的可溶性功能分子對蠶絲蛋白仿生礦化過程有不同的影響。當利用檸檬酸和絲膠作為可溶性功能分子對絲素凝膠中磷酸鈣礦化過程進行調控時，TG數(shù)據(jù)顯示對應于SF-30-24h，SF-30-24h-CA，SF-30-24h-SS的絲素水凝膠其礦物剩余量分別是38.7％，37.1％和34.9％，證明檸檬酸和絲膠的引入均抑制了羥基磷灰石晶體的生長，且絲膠的抑制作用強于檸檬酸。通過體外復合培養(yǎng)MG-63細胞，觀察到MG-63細胞

6、能在仿生礦化絲素水凝膠中正常地粘附、延伸、增殖、分化，并有早期的骨界面的形成。說明本實驗制得的生物復合材料具有良好的骨細胞相容性，且其骨細胞相容性隨著礦化產物中礦物含量增加而增強，同時，可溶性功能分子的引入也增強了材料的相容性。
　　本實驗制備的仿生礦化絲素蛋白水凝膠因其有機-無機復合結構，克服了羥基磷灰石無機材料脆性大，絲素蛋白有機材料骨生物活性差的缺點。利用絲素蛋白水凝膠仿生礦化得到結構可控、機械性能和生物相容性優(yōu)異的絲素蛋白