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。     

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。     

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。     

桑蚕丝素-RGD融合蛋白的固态结构及其细胞粘附性分析

利用基因工程方法把含有短肽RGD的氨基酸序列连接到桑蚕丝素蛋白的结晶序列GAGAGS上, 通过调节DNA的聚合度, 合成了具有[TGRGDSPA(GVPGV)₂GG(GAGAGS)₃AS]_n一级结构、不同分子量大小的桑蚕丝素-RGD融合蛋白, 并且通过在M9培养基中添加[3-¹³C]Ala的方法进行融合蛋白的稳定同位素标记. ¹³C CP/MAS NMR结果显示, 融合蛋白中的GAGAGS部分具有与天然桑蚕丝素结晶部分相同的分子结构, 即Silk I处理后为均一的分子结构, 而Silk II处理后为不均一的分子结构, 它包含了三种不同的结构成分. 另一方面, 通过对小鼠成纤维细胞BALB/3T3在不同蛋白材料载体上的粘附和增殖性能的测定结果显示, 融合蛋白对细胞的增殖性能与天然胶原蛋白相近, 但表现出了比胶原蛋白更好的细胞粘附性能. 该研究结果显示, 如果对该桑蚕丝素-RGD融合蛋白进行适当加工, 可能适合于组织工程支架材料的应用.     

预处理对丝素蛋白膜调控羟基磷灰石晶体生长的影响

以丝素蛋白膜为基质, 在模拟体液中诱导羟基磷灰石晶体在其表面沉积和生长. 利用XRD, SEM, HRTEM, AFM和FTIR等表征手段研究了不同预处理方法对羟基磷灰石晶体的形成及其微观形貌的影响. 结果表明, 丝素膜可有效地诱导羟基磷灰石晶体在其表面沉积和生长; 较长的矿化时间有利于形成较多结晶度良好的HAP晶体; 而不同预处理方法对丝素膜的表面结构产生了不同影响, 进而调制在其表面沉积的羟基磷灰石的形貌和生长方向. 同时对丝素蛋白膜调控羟基磷灰石晶体生长的机制进行了必要的探讨.     

羟基磷灰石/丝素蛋白复合纤维的制备及其矿化研究

在以静电纺丝法制备羟基磷灰石(HAP)/丝素蛋白(SF)复合纤维的前提下, 采用同轴共纺法获得了以HAP为“芯”、SF为“皮”的双组分电纺纤维(电纺膜), 并通过扫描和透射电镜、红外光谱以及X射线衍射等手段对电纺纤维进行了表征. 结果表明, HAP均存在于上述两种方法制备的纳米纤维中, 但同轴共纺法不仅可以避免HAP/SF共混电纺时pH值对丝素蛋白结构的影响, 并且能大大提高电纺膜中HAP的含量. 同时, 我们还分别以SF纤维、HAP/SF复合纤维和HAP/SF“皮-芯”纤维作为有机基质, 对羟基磷灰石在其上的矿化过程进行了探索, 结果表明含较多羟基磷灰石的HAP/SF“皮-芯”纤维更有利于矿化的进行.     

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。     

表面官能团作用下的牙釉质原位再矿化研究

采用酸蚀后的牙釉质作为早期龋缺损模型,在缺损牙釉质表面修饰-SO3-功能基团,分别在人工唾液和含氟人工唾液中进行原位再矿化的研究。利用X-射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)、能谱仪(EDS)、选区电子衍射(SAED)研究原位再矿化晶体的组成和结构。结果表明,在人工唾液和含氟人工唾液中,表面修饰的官能团均可有效促进牙釉质再矿化。在含氟人工唾液中生成了沿c轴取向生长的具有较大长径比的棒状氟羟基磷灰石(FHA),这种FHA晶体具有类牙釉质的成分和结构,对修复早期龋有重要的意义。     

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。     

电流密度对钙磷沉积层组成和结构的影响(英文)

用X射线衍射、激光拉曼光谱以及等离子体原子发射光谱等技术研究了电化学沉积钙磷陶瓷过程中 ,电流密度对电沉积层组成和结构的影响 .实验表明阴极表面得到的沉积物是几种钙磷盐组成的混合物 ,且其成份随电流密度的改变而发生较大的变化 .在电解液温度为 75℃条件下 ,当控制电流密度较低时 ,沉积层主要由CaHPO4· 2H2 O (DCPD)和Ca8H2 (PO4) 6· 5H2 O (OCP)组成 ;随着电流密度的增加 ,阴极表面逐渐生成Ca3 (PO4) 2 ·nH2 O (TCP)和Ca10 (PO4) 6(OH) 2 (HAP) .当电流密度大于 5mA/cm2 时 ,电沉积层的主要成份为羟基磷灰石 (HAP) .     

纳米羟基磷灰石/丝素蛋白复合支架材料的降解特性及生物相容性研究

应用共混法制备了纳米羟基磷灰石/丝素蛋白复合支架材料, 通过体外降解和细胞培养实验研究了复合支架材料的降解特性和生物相容性. 体外降解实验结果显示, 复合支架材料具有稳定的降解能力; 在降解过程中, 羟基磷灰石由于与降解液发生钙、磷等离子的交换, 使其结晶得到了进一步生长和完善. 利用细胞计数法、四甲基偶氮唑盐(MTT)比色法和碱性磷酸酶(ALP)活性测定等分析了复合支架材料的生物相容性, 结果表明, MG63细胞在复合支架材料上具有良好的粘附、增殖能力, 并可引起早期的骨分化. 因此, 纳米羟基磷灰石/丝素蛋白复合支架作为骨组织工程的支架材料具有良好的应用前景.     

铁和锰对桑蚕丝蛋白构象转变的影响

采用电感耦合等离子体质谱和原子吸收光谱对桑蚕丝腺体和蚕茧丝中Fe和Mn的含量进行表征, 同时采用拉曼光谱研究Fe(III)和Mn(II)对高浓度再生桑蚕丝蛋白水溶液中丝蛋白构象的影响. 研究结果表明, 桑蚕丝纤维中Fe的含量高于其在丝腺体中的含量, 而Mn的含量则相反. 在丝腺体中, Fe的含量从丝腺体的后部到前部逐渐增加; 但Mn含量的变化趋势与Fe不同, 它在丝腺体中部的含量最低. Fe(III)能够诱导丝蛋白的构象由无规线团和/或螺旋结构向β-折叠转变, 但是Mn(II)对丝蛋白的构象没有明显的影响.     

天然蚕丝与丝素蛋白多孔膜的生物降解性研究

较为详细地研究了经不同条件处理的丝素蛋白多孔膜材料和天然蚕丝在蛋白酶作用下的降解性能以及降解前后材料的微观形貌和结构的变化. 结果表明, 丝素蛋白材料中不同结构(构象)的含量是影响其降解速度的一个重要因素. 对于由再生丝素溶液所制备的材料, 调控其中Silk II结构(β-折叠构象)的比例可能是控制丝素蛋白材料降解速度的有效途径.     

Conformational Transformation Exhibited by the Peptide Extracted from Crystalline Region of Bombyx mori Silk Fibroin in Solid and Solution States

The conformational transformation of a 30-residue peptide H（Ala-Gly-Ser-Gly-AIa-Gly）5OH, i.e., （AGSGAG）5, extracted from highly crystalline region of Bombyx mori （B. mori） silk fibroin was described by using the high resolution solid state 13^C NMR, and CD spectroscopies. Based on the conformation-dependent 13^C NMR chemical shifts of the Ala, Gly and Ser residues and the line-shape analysis of the conformation sensitive Ala Cβ resonance, the peptide revealed a strong preference for silk Ⅱ structural form, i,e,, an antiparallel fl-sheet structure （φ= - 140±20°and ψ= 135±20°） in solid state. On the contrary, the CD spectra of this peptide in the two non-native hexafluorinated fibre spinning solvents, hexafluoroisopropanol （HFIP） and hexafluoroacetone （HFA）, exhibited the existence of an unusual tightly-folded conformation resembling 310-helix （φ=- 60±20° and ψ=-30±20°）, as judged from the R ratio of [θ]222/[θ]203 in HFIP solution, whereas a dynamically averaged unordered structure in HFA, Taken together, the information inclined to hypothesis that the primary structure of the highly crystalline regions of B. mori silk fibroin may be easily accessible to the large conformational changes, which in turn may be critical for facilitating the structural transformation from unprocessed silk fibroin （silk I form） to processed silk fiber （silk Ⅱform）.     

光谱法研究pH值对再生桑蚕丝素蛋白在水溶液中结构的影响

通过一系列光谱实验手段研究了再生桑蚕(Bombyx mori)丝素蛋白在水溶液中的构象转变情况. 由于丝素蛋白含有较多带电荷的氨基酸残基, 因此环境pH值对丝素蛋白的结构有着一定的影响: 酸性越强, 丝素蛋白越容易发生从无规线团到β-折叠结构转变; 相对而言, 碱性条件则更有利于丝素蛋白以无规线团结构稳定存在. 特别是当pH在4附近时, 丝素蛋白的无规结构最易发生改变; 而pH为6左右时, 丝素蛋白的结构则较为稳定. 这种变化趋势与沿着成熟蚕腺体中丝素蛋白所处的环境及其状态相当吻合, 由此表明pH值的调节是蚕在生物体中控制其丝素蛋白状态的一个相当重要的手段. 这一结果对人工纺制动物丝条件的调控有着极其重要的现实意义. 同时我们还发现, 在相当宽的pH范围内, 丝素蛋白的二级结构存在着中间体形态, 表明丝素蛋白的变性过程不符合简单的二态机制.     

1H pulsed NMR study of bombyx mori silk fibroin: Dynamics of fibroin and of absorbed water

The dynamical behavior of the Bombyx mori silk fibroin chain and of absorbed water in silk fiber, film, and powder has been studied by ¹H pulsed nuclear magnetic resonance (NMR). Segmental motions do not occur and only the rapid rotation of the methyl groups of alanine residues is observed from ?120 to 130°C. This is independent of the conformation or form of the silk fibroin samples. Magnetization of dry silk fibroin by the solid-echo method shows a single Gaussian decay, while two components are observed in the solid-echo signals of films containing 6–10 w/w% water. An immobile component with a T₂ value of 11 μs is attributed to silk fibroin, and the mobile component to bound water. The T₂ of the latter varies from 50 to 200 μs, depending on the sample. The dynamical behavior of water trapped in the film is discussed on the basis of these T₂ values.     

Vibrational Study on Structure and Bioactivity of Protein Fibers Grafted with Phosphorylated Methacrylates

In the last decades, silk fibroin and wool keratin have been considered functional materials for biomedical applications. In this study, fabrics containing silk fibers from Bombyx mori and Tussah silk fibers from Antheraea pernyi, as well as wool keratin fabrics, were grafted with phosmer CL and phosmer M (commercial names, i.e., methacrylate monomers containing phosphate groups in the molecular side chain) with different weight gains. Both phosmers were recently proposed as flame retarding agents, and their chemical composition suggested a possible application in bone tissue engineering. IR and Raman spectroscopy were used to disclose the possible structural changes induced by grafting and identify the most reactive amino acids towards the phosmers. The same techniques were used to investigate the nucleation of a calcium phosphate phase on the surface of the samples (i.e., bioactivity) after ageing in simulated body fluid (SBF). The phosmers were found to polymerize onto the biopolymers efficiently, and tyrosine and serine underwent phosphorylation (monitored through the strengthening of the Raman band at 1600 cm⁻¹ and the weakening of the Raman band at 1400 cm⁻¹, respectively). In grafted wool keratin, cysteic acid and other oxidation products of disulphide bridges were detected together with sulphated residues. Only slight conformational changes were observed upon grafting, generally towards an enrichment in ordered domains, suggesting that the amorphous regions were more prone to react (and, sometimes, degrade). All samples were shown to be bioactive, with a weight gain of up to 8%. The most bioactive samples contained the highest phosmers amounts, i.e., the highest amounts of phosphate nucleating sites. The sulphate/sulphonate groups present in grafted wool samples appeared to increase bioactivity, as shown by the five-fold increase of the IR phosphate band at 1040 cm⁻¹.     

二维相关红外光谱研究再生蚕丝蛋白膜的构象与温度之间的关系

通过二维相关红外光谱,研究了再生蚕丝蛋白膜的构象及其转变与温度之间的关系.实验结果表明,将样品从130℃升温到220℃、或在180℃的恒温过程中,丝素蛋白分子链的构象会发生变化,且不同构象对温度升高过程或180℃恒温过程响应的顺序是无规线团变化先于β-折叠、α-螺旋的形成.     

碳酸钙晶须合成过程中可溶性磷酸盐的作用机理研究

以可溶性磷酸盐为控制剂,一步碳化法制备了文石相碳酸钙晶须。借助于XRD和FTIR,分析了可溶性磷酸盐在碳酸钙晶须合成过程中的作用机理。研究结果表明：通入CO₂进行碳化反应前,可溶性磷酸盐与Ca(OH)₂反应生成了热力学上最稳定的磷酸钙化合物——羟基磷灰石;在通入CO₂初期,[CO₃^2-(OH)]进入到羟基磷灰石的晶格,部分替代[PO₄^3-],生成碳酸羟基磷灰石,然后以此为结晶中心诱导文石相的异相成核,Ca²⁺、CO₃^2-不断叠加,进而生长为碳酸钙晶须。