體外磷酸鈣仿生礦化的調(diào)控研究.pdf

1、自然界里的生物礦物如骨骼、牙齒、貝殼等，都具有高強(qiáng)度、良好的斷裂韌性和減震性等力學(xué)性能，同時(shí)還具有一些特殊的生物學(xué)性能。深入研究這些生物礦物的形成機(jī)理和生物礦化特征對(duì)新型硬組織替代材料的開(kāi)發(fā)和利用具有重要意義。人體內(nèi)部的組織器官處在一個(gè)含大量離子及各種有機(jī)物和無(wú)機(jī)物的液體環(huán)境中，骨和牙齒等硬組織的礦化過(guò)程也是在這樣一種復(fù)雜的環(huán)境中進(jìn)行的，因此，本論文通過(guò)模擬體液體外浸泡的方法，研究有機(jī)基質(zhì)、成核方式等對(duì)生物礦化的調(diào)控作用，了解體外生物礦

2、物的形成過(guò)程，探索生物礦化的機(jī)理。 本文首先以模擬體液為介質(zhì)，采用仿生浸泡的方法研究了含有不同有機(jī)成分的鈣磷基生物復(fù)合材料在體外礦化實(shí)驗(yàn)中有機(jī)成分對(duì)類(lèi)骨磷灰石層形成的影響。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：HA陶瓷及其復(fù)合材料在模擬體液中仿生浸泡7d后，各樣品表面均有一層厚度不同的類(lèi)骨磷灰石層生成。且該類(lèi)骨磷灰石層的結(jié)晶度較低，晶粒較細(xì)(15～30nm)，與人體自然骨無(wú)機(jī)物的結(jié)構(gòu)類(lèi)似。在羥基磷灰石/殼聚糖(HA/CS)、羥基磷灰石/絲素(HA/SF

3、)、羥基磷灰石/聚己內(nèi)酯(HA/PCL)、羥基磷灰石/聚乳酸(HA/PLA)4種復(fù)合材料中，HA/CS和HA/SF復(fù)合材料中因絲素蛋白和殼聚糖富含多種功能基團(tuán)，能有效促進(jìn)類(lèi)骨磷灰石晶體的形核和生長(zhǎng)，因而誘導(dǎo)類(lèi)骨磷灰石生成的能力最強(qiáng)，說(shuō)明有機(jī)成分CS和SF更有利于復(fù)合材料表面類(lèi)骨磷灰石的形成和生長(zhǎng)。 為更好的模擬體內(nèi)環(huán)境，了解有機(jī)大分子對(duì)生物礦化過(guò)程的調(diào)控作用，本文接著研究了模擬體液中生物大分子對(duì)基底材料表面類(lèi)骨磷灰石形成的影響。

4、實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：HA基底經(jīng)2SBF以及BSA和ChS修飾的2SBF溶液浸泡3天后，表面均有CO32-取代的類(lèi)骨磷灰石生成。2SBF溶液中BSA的存在促進(jìn)類(lèi)骨磷灰石晶體的結(jié)晶生長(zhǎng)，使晶體晶粒尺寸較大，并有利于其沿(300)晶面擇優(yōu)取向；而ChS的存在則抑制礦物晶體的生長(zhǎng)，使其結(jié)晶性減弱；溶液中二者同時(shí)存在時(shí)，亦呈現(xiàn)BSA促進(jìn)晶體生長(zhǎng)而ChS抑制的情況：隨BSA濃度的增加類(lèi)骨磷灰石晶體衍射峰強(qiáng)度逐漸增強(qiáng)，類(lèi)骨磷灰石晶體生長(zhǎng)更完善，隨ChS濃度

5、的增加磷灰石晶體生長(zhǎng)情況差，ChS的抑制作用越明顯。 為了加快磷灰石礦化層在材料表面生長(zhǎng)速度，本文最后以鈦合金為基底材料，探索了通過(guò)“浸沒(méi)-揮發(fā)干燥”促進(jìn)磷灰石晶體在材料表面快速成核的新方法。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，在過(guò)飽和溶液(ACS溶液)中“浸沒(méi)-揮發(fā)干燥”處理5次后，鈦合金試樣表面即可形成一層均勻連續(xù)的晶體，但厚度較薄。處理10次后，試樣表面已完全被薄片狀晶體覆蓋，說(shuō)明此表面處理方法可以促進(jìn)試樣表面磷酸鈣晶核的形成。經(jīng)“浸沒(méi)-揮發(fā)干