基于雙模板協(xié)同共組裝新策略的納米仿生骨材料的可控制備研究.pdf

1、自然界經(jīng)過長期的演化產(chǎn)生了許多結構完美、性能優(yōu)異的天然生物材料。如堅硬的鮑魚殼、堅韌的蜘蛛絲、鋒利的鼠牙以及兼有高強度和高韌性的天然骨材料等等。探討和揭示這些天然生物材料的形成機理和組裝結構已成為仿生材料合成的關鍵所在。隨著對生物礦化本質的發(fā)現(xiàn)和認識，即有機分子介導無機成分的礦化沉積。因此，模板自組裝介導合成仿生材料的策略是近年來研究熱點問題。通過這種模板介導法合成的材料不僅僅局限于成分上仿生，而更加注重的是結構仿生。由于天然材料的各種

2、優(yōu)異性能都與其多級結構密切相關，因此通過對其多級組裝結構的模擬和仿生必定能大大提高仿生材料的特殊性能。
　　 本課題在現(xiàn)有單模板介導機制的基礎上提出了基于雙模板協(xié)同共組裝介導納米仿生骨材料的受控制備。這是對當前單模板介導仿生策略的一個重要突破。天然骨材料多模板協(xié)同共組裝的結果，因此雙模板機制更加接近天然骨的形成方式。但是隨著模板數(shù)量的增加，其模板的活性中心也在增加，多活性中心的存在易擾亂晶體的成核生長。
　　 本論文首先

3、選擇結構和介導效應相似、功能互補的膠原蛋白(Collagen)和絲素蛋白(Silk fibroin)作為協(xié)同共組裝的兩個起始模板，藉以實現(xiàn)納米仿生納米仿生骨替代材料體系的制備。利用圓二色譜和SDS-PAGE對模板蛋白結構進行表征結果證明，膠原蛋白和絲素蛋白作為兩種纖維狀分子具有很好的協(xié)同效應，且形成的新協(xié)同共組裝模板其二級結構更加穩(wěn)定。
　　 基于膠原和絲素蛋白協(xié)同共組裝的新策略，我們合成了膠原-絲素/羥基磷灰石的納米仿生復合材

4、料，并以單模板介導的材料（膠原-羥基磷灰石；絲素-羥基磷灰石）為對照。通過對該共組裝雙模板介導的材料進行了系列表征后，結果表明，獲得無機晶體是納米級針狀羥基磷灰石，形貌與性能與天然骨中的無機成分非常類似。此外，通過對無機晶體的TEM和SAED分析證明了無機晶體是沿纖維性蛋白的C軸方向取向生長的，再結合FTIR、XRD和DLS的綜合分析結果，論文提出了一個關于纖維性雙模板蛋白分子介導晶體生長的可能分子機制及成核過程模式。
　　 骨

5、髓間充質干細胞（Bone marrow mesenchymAlstem cells）是目前骨組織工程最具應用潛力的種子細胞之一。本文進一步利用骨髓間充質干細胞對這種新型的基于雙模板協(xié)同共組裝的納米仿生骨材料進行生物相容性評價。體外細胞實驗結果表明，該材料具有良好的生物相容性，能夠很好的支持骨髓間充質干細胞的黏附、增殖以及分化。
　　 此外，還研究了骨髓間充質干細胞在該仿生材料上的成骨分化。通過在細胞和分子兩個水平對成骨分化進行了

6、定性和定量分析。定性染色結果表明，成骨分化早期和晚期的兩個特異性的標志，堿性磷酸酶和鈣結節(jié)染色均為陽性染色結果。RT-PCR結果更進一步的表明，成骨分化的一些特異性基因在各個不同時期均有表達，其中I型膠原蛋白基因為組成性表達，且在分化各個時期均高效穩(wěn)定表達。堿性磷酸酶基因在成骨分化早期表達量高，晚期表達量低。而骨鈣素和骨粘素則在分化晚期高效表達。
　　 最后，通過動物實驗進一步研究了該類仿生材料的體內(nèi)生物相容性。結果表明，細胞-