双模板介导合成类骨磷灰石的研究进展

天然骨形成是一个多模板协同共组装的过程。与单模板自组装相比,双模板介导合成的类骨磷灰石具有与天然骨更加相近的多级结构,在生物矿化研究领域具有更重要的研究意义。本文介绍了双模板介导合成类骨磷灰石的研究进展,探讨了双模板的选择、设计及模板分子间的相互作用,阐述了模板对磷灰石晶体成核的调控机制。通过双模板介导自组装生成的磷灰石材料,以其特有的仿生多级结构和骨诱导效果,在骨缺损修复、齿科修复、表面涂层及药物载体等领域具有广阔的应用前景。     

双连续微乳模板合成羟基磷灰石仿生物骨材料的研究

为制备具有与天然生物骨磷灰石结构相似的羟基磷灰石（hydroxyapatites简称HAP或HA）材料，依据生物矿化的原理，通过以十六烷基三甲基溴化铵（CTAB）作为表面活性剂，正己醇为助表面活性剂，十六烷为油相和水作出的拟三元相图，找到体系所形成的双连续微乳液作为模板，控制矿化材料的成核和生长，并用SEM，TEM，XRD，IR等手段对合成的样品进行了形貌和结构的表征，并将其与共沉淀法制备的HAP在模拟体液中的溶解性进行了比较。结果表明：得到的矿化产物是具有棒状的六方晶体组成羟基磷灰石矿化材料，其结构参数a₀=0.920，c₀=0.688，与天然生物骨材料较相似，抗体液溶解性比共沉淀法制备的优越。     

聚(L-谷氨酸)水凝胶介导羟基磷灰石的生物矿化

以1-乙基-3-(3-二甲基氨基丙基)碳二亚胺盐酸盐(EDC·HCl)为羧基活化剂, 己二酸二酰肼(ADH)为交联剂, 制备了生物活性聚(L-谷氨酸)(PLGA)水凝胶. 通过X射线衍射和扫描电子显微镜等表征了在不同浓度模拟体液(SBF)中羟基磷灰石(HA)的形成和生长. PLGA水凝胶的表面和内部均可观察到HA的形成和生长. 同时探讨了PLGA水凝胶矿化前后的力学性能. 将矿化前后PLGA水凝胶用于脂肪干细胞(ASCs)的培养, 研究其细胞相容性.     

可降解自固化类骨磷灰石支架的研究

0引言一直以来,钙磷生物材料如羟基磷灰石(hy-droxyapatite,HA)由于其成份与骨的无机成份相似,具有良好的生物相容性,作为骨修复材料引起了人们广泛的兴趣。磷酸钙骨水泥是一类可在生理条件下自固化的非陶瓷型类HA人工骨材料,这种由磷酸钙骨水泥(calcium phosphate cement,CPC)转变而成的HA,与天然骨磷灰石有类似的组成结构,植入人体后可参与新陈代谢,促进骨组织生长[1,2]。一些研究显示,CPC具有成骨活性和生物降解性,在体内被吸收的同时可引导新骨的生成,从而可克服自体骨、磷酸三钙陶瓷因吸收降解过快造成的局部缺陷以及陶瓷型HA长…     

溶胶凝胶模板法制备羟基磷灰石纳米线

以氯化钙和五氧化二磷的醇溶液为前驱体溶液,多孔阳极氧化铝(AAO)膜为模板,通过溶胶凝胶-模板法成功制备出羟基磷灰石(Ca10(PO4)6(OH)2,HAP)纳米线;利用扫描电镜、能量色散谱仪、透射电镜、X射线衍射仪及傅立叶变换红外光谱仪等分析了产物的组成和微结构;并讨论了纳米线的生长机理.结果表明,所制备的羟基磷灰石纳米线直径约为50nm、长度达20μm,分别与模板的孔径和厚度一致.     

非化学计量羟基磷灰石骨水泥的制备及性能研究

采用磷酸四钙和磷酸氢钙混合粉末制备了nCa/nP比为1.58的非化学计量羟基磷灰石骨水泥(n-HAC)及其多孔支架材料。结果表明:与nCa/nP=1.67的化学计量羟基磷灰石骨水泥(HAC)相比,n-HAC的凝结时间和抗压强度没有明显的区别。XRD和IR显示:n-HAC与HAC都为羟基磷灰石结构,但n-HAC在Tris-HCl缓冲溶液的降解性明显大于HAC。细胞培养结果表明:成骨细胞在n-HAC和HAC两种材料上的粘附和细胞形态没有明显的区别,但细胞在n-HAC上的增殖率明显高于HAC。将多孔n-HAC支架材料植入兔股骨缺损处,观察其修复骨缺损情况,组织学分析结果表明:新生骨在多孔支架的表面形成,并长入其内部;n-HAC在体内的降解比HAC快,能明显地促进新骨生成。     

铒掺杂羟基磷灰石的荧光及其生物矿化性能

通过共沉淀法制备铒掺杂羟基磷灰石（Er-HAP）颗粒,应用Materials Studio模拟与X射线衍射、扫描电镜-能量色散谱、X射线光电子能谱和荧光光谱分析对其晶体结构、表面化学成分及其荧光性能进行表征。结果表明,离子半径稍小的Er³⁺会竞争性占据HAP晶格中一个Ca²⁺位点,在340 nm波长激发下,Er-HAP颗粒能在419 nm（紫色）、458 nm（蓝色）、501 nm（绿色）和535 nm（绿色）处发出很强的特征荧光,光致发光显示的4个发光带相应归属于⁴F_3/2→⁴I_15/2、⁴F_5/2→⁴I_15/2、⁴F_7/2→⁴I_15/2和⁴S_3/2→⁴I_15/2过渡态。相比掺杂量（物质的量分数）1% 的Er-HAP,掺杂量9% 的Er-HAP颗粒表面矿化速度和成骨性能均明显下降,即当Er掺杂量在约1% 时,其Er-HAP生物矿化能力相对较强。     

羟基磷灰石/胶原矿化机理的研究进展

仿生合成的羟基磷灰石(HAp)/胶原复合材料的结构和成分与天然骨相似,具有很好的生物相容性、生物活性和生物可降解性,有望成为新一代的骨替代材料。羟基磷灰石/胶原矿化过程其实质是晶体在自组装的胶原纤维上形成的过程,但这一过程在体内是如何进行的至今仍然不清楚。对胶原矿化机理的研究能为制备具有更优越结构和功能的新型骨替代材料提供理论参考。本文概述了羟基磷灰石/胶原矿化机理的研究进展。     

生物降解高分子/羟基磷灰石复合材料研究进展

由于高分子/HA复合材料兼具HA优良的生物性能和高分子材料良好的力学性能而受到了广泛的重视.本文综述了近年来生物降解高分子/羟基磷灰石复合材料的研究进展,介绍了胶原及其衍生物、聚酯、甲壳素及其衍生物、淀粉等可降解高分子材料与羟基磷灰石复合作为骨修复材料的研究进展,并对此类材料存在的问题和发展前景进行了讨论.     

骨及生物材料中的纳米磷酸钙

纳米磷酸钙在自然界骨组织的形成过程中起到了关键作用。尽管骨的类型有所不同,但在其初级结构中的无机成分都是纳米磷酸钙。纳米磷酸钙结构能够给予骨良好的机械性能和生物学活性。在生物体中,无机纳米磷酸钙在有机基质的调控下能定向自组装成特定的生物矿物。体外细胞实验显示小尺寸纳米羟基磷灰石更能促进骨髓基质干细胞的增殖,而同尺寸的结晶型纳米磷酸钙则比无定形磷酸钙更能利于干细胞分化。鉴于纳米磷酸钙具有很好的生物相容性和骨诱导性,可以发展成为理想的生物材料常用于骨组织工程和生物医学。     

磷酸钙在凝胶体系中的仿生矿化研究

通过模拟牙釉质的生物矿化过程,在琼脂凝胶体系中研究两种磷酸钙晶体—磷酸八钙(Ca8H2(PO4)6.5H2O,OCP)和羟基磷灰石(Ca10(PO4)6(OH)2,HAP)的矿化过程:分别研究了不同pH值(pH=6.5,7.0,7.5)条件下以及添加I型胶原蛋白的凝胶体系中矿化所形成的磷酸钙晶体的组成和形貌。在凝胶体系中,当pH=6.5时主要形成OCP,形貌为较大尺寸的片状;pH=7.0,则形成了较短片状OCP与针状HAP的混晶;pH=7.5,则主要形成针状形貌的HAP。此外,当添加Ⅰ型胶原蛋白后,在pH=6.5时则主要形成较大尺寸的片状HAP,且互相平行排列成束。由实验结果可知:pH对凝胶体系中仿生合成的磷酸钙晶体的组成和形貌具有一定的调控作用,而Ⅰ型胶原蛋白则有利于诱导形成片状HAP晶体并且使之排列呈束状,其结构类似牙釉质晶体。     

仿生无机纳米材料改造生物体的研究进展

在进化的过程中,生物体学会了利用材料来改造自身以适应环境的变化。自然界中的一些生物体可以通过生物矿化合成无机纳米材料为自己提供保护或其他特殊功能。但是自然界中还有部分生物体不具备生物矿化功能,受到自然界生物体利用纳米材料的启发,科学家们开始尝试通过人工赋予生物体纳米材料来对其进行改造。本文就基于生物-材料界面复合技术的纳米材料对生物体的改造,依次从调控机制、改造方法、功能应用等方面做了系统的阐述,重点介绍了通过仿生矿化对生物体进行纳米改造的研究进展,对仿生无机纳米材料改造生物体的领域现状做了分析和总结,并且对该领域的发展前景进行了展望。     

单分子膜诱导生物矿物晶体生长中的晶格匹配和电荷匹配

有机基质与无机晶体的晶格几何匹配和静电相互作用是导致生物体内矿物有序生长并具有特殊理化性质的重要因素,但有机基质的作用机理至今没有完全弄清.作为模拟生物矿化的重要模板之一,Langmuir单分子膜具有独特的优势.本文综述了单分子膜诱导下生物矿物碳酸钙(文石、方解石和球霰石)、羟磷灰石、硫酸钡和纤铁矿等生长过程中的晶格匹配和电荷匹配,讨论了单分子膜亲水头基、膜的电荷性质、膜聚集态等因素对膜控晶体生长过程中晶格匹配和电荷匹配的影响,指出了该领域所面临的问题和将来的发展方向.     

无机材料的仿生合成

生物矿化重要的特征之一是细胞分泌的有机基质调制无机矿物的成核和生长, 形成具有特殊组装方式和多级结构特点的生物矿化材料(如骨、牙和贝壳)。仿生合成就是将生物矿化的机理引入无机材料合成, 以有机物的组装体为模板, 去控制无机物的形成,制备具有独特显微结构特点的无机材料, 使材料具有优异的物理和化学性能。仿生合成已成为无机材料化学的研究前沿。本文综述了无机材料仿生合成的发展现状。     

Biomimetic Apatite Deposition on Calcium Silicate Gel Glasses

In order to understand the Biomimetic apatite formation mechanism on gel glasses, a glass (in mol-%) SiO₂ 80%—CaO 20% (80S20C) was prepared by the sol-gel method and its behaviour in a simulated body fluid (SBF) was studied. To study the role of phosphorous in the in vitro apatite formation, a gel glass (in mol-%) SiO₂ 80%—CaO 17%—P₂O₅ 3% (80S17C3P) was prepared comparing its behaviour in SBF with that of 80S20C. In both studies, a protocol without renovation of SBF (static) was used. To mimic the conditions in the living organisms, an in vitro protocol with continuous renovation of solution (dynamic) was proposed. To check the feasibility of dynamic protocol, 80S20C and 80S17C3P were studied in dynamic and results compared with obtained in static. Static studies of 80S20C allowed us to verify that phosphorus is not essential for bioactivity because the apatite-like layer was formed from the phosphorous in SBF. However, a 3 mol-% of P₂O₅ in 80S17C3P gel glass favoured apatite crystallization. In dynamic, complete assays were performed with ionic concentrations and pH in solution almost equal to human plasma. After 7 days in dynamic, apatite crystals and crystalline aggregates were larger than in static. Besides, compositional variations were observed in the newly formed layer as a function of the protocol. In static, the layer formed in both glasses contained calcium and phosphorous, (Ca/P molar ratio = 1.6) and silicon. In dynamic, the layer did not contain silicon and the Ca/P molar ratio was 1.2. Differences in composition and pH of assay solution, 8 in static and 7.3 in dynamic could explain these variations. In static, an apatite close to stoichiometric could be formed. In dynamic, a mixture of calcium deficient apatite and other calcium phosphates could constitute the layer.     

骨及生物材料中的纳米磷酸钙

纳米磷酸钙在自然界骨组织的形成过程中起到了关键作用。尽管骨的类型有所不同,但在其初级结构中的无机成分都是纳米磷酸钙。纳米磷酸钙结构能够给予骨良好的机械性能和生物学活性。在生物体中,无机纳米磷酸钙在有机基质的调控下能定向自组装成特定的生物矿物。体外细胞实验显示小尺寸纳米羟基磷灰石更能促进骨髓基质干细胞的增殖,而同尺寸的结晶型纳米磷酸钙则比无定形磷酸钙更能利于干细胞分化。鉴于纳米磷酸钙具有很好的生物相容性和骨诱导性,可以发展成为理想的生物材料常用于骨组织工程和生物医学。     

Biomimetic Mineralization of Protein Nanogels for Enzyme Protection

Protein nanogels have found a wide variety of applications, ranging from biocatalysis to drug/protein delivery. However, in practical applications, proteins in nanogels may suffer from enzymic hydrolysis and denaturation. Inspired by the structure and functionalities of the fowl eggshells, biomimetic mineralization of protein nanogels was studied in this research. Protein nanogels with embedded porcine pancreas lipase (PPL) in the cross-linked nanostructures were synthesized through the thiol–disulfide reaction between thiol-functionalized PPL and poly(N-isopropylacrylamide) with pendant pyridyl disulfide groups. The nanogels were further reacted with reduced bovine serum albumin (BSA) and BSA molecules were coated on the nanogels. Mineralization of BSA leads to the synthesis of biomineralized shells on the nanogels. With the growth of CaCO₃ on the shells, the nanogels aggregate into suprastructures. Thermogravimetric analysis, XRD, dynamic light scattering, and TEM were employed to study the mechanism of the biomineralization process and analyze the structures of the mineralized nanogels. The biomineralized shells can effectively protect the PPL molecules from hydrolysis by trypsin; meanwhile, the nanosized channels on the mineralized shells allow the transport of small-molecule substrates across the shells. Bioactivity measurements indicate that PPL in the nanogels maintains more than 80 % bioactivity after biomineralization.