骨与牙釉质组织的生物矿化及磷酸钙材料仿生合成研究进展

骨和牙釉是典型的有机基质介导生成的生物矿化材料,其中的矿物相都属于以磷灰石为主的钙磷酸盐系统,但有机基质的不同使得晶体尺寸、形貌及排列方式迥异.本文综述了有关骨和牙釉组织的生物矿化研究,重点探讨对这些天然生物矿化组织的分级结构、基质蛋白的自组装及调控矿化机理的认识.在此基础上,磷酸钙材料的仿生合成以期应用于硬组织的缺损修复或再生医学也是目前的重要研究内容.     

破译人骨组装“密码”“断骨再生”梦想成真

清华材料系崔福斋教授带领的研究团队在人骨修复材料领域取得了突破性的成果,不仅破译了人骨的组装“密码”,而且其研究成果在临床应用中取得了良好的治疗效果,让人类“断骨再生”梦想成真！团队主要研究了胶原分子的自组装与调控钙磷盐晶体生长的机理,并研究了人类骨痂的分级结构。在此基础上,根据仿生的思路,在体外模拟生物矿化和自组装过程,发明了纳米晶磷酸钙胶原基骨修复材料。材料的孔隙率约为80％,     

生物矿化在仿生材料领域的研究进展

生物矿化重要的特征之一是无机矿物在细胞分泌的有机基质调节下成核和生长,最终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、牙和贝壳等。仿生合成是近年来受生物矿化原理启示而发展起来的一个崭新领域,其合成过程具有高效、有序及自动化等特点。仿生合成材料是具有特殊性能的新型材料,有着潜在的广阔应用前景。综述了近年来在仿骨、仿牙和仿贝壳珍珠层等仿生材料、晶体工程、涂层及在防治病理矿化疾病等方面的研究进展。     

体外模拟胶原纤维矿化的研究进展

矿化胶原纤维是天然骨的主要成分,掌握胶原纤维的生物矿化过程、原理和调控机制对于骨修复材料的设计及骨组织的再生修复发展有重要意义。综述了体外模拟胶原纤维矿化的研究进展,主要包括胶原纤维内矿化机理和非胶原蛋白对胶原生物矿化的调控作用,以期为胶原生物矿化机理的探讨及骨组织再生修复的研究提供借鉴。     

羟基磷灰石/ 胶原类骨仿生复合材料的制备及表征

通过体外模拟天然骨生物矿化和材料自组装的形成机制, 研究制备了类骨羟基磷灰石/ 胶原仿生复合材料并对材料进行了表征。结果表明: 纳米羟基磷灰石均匀分布在胶原基质上并择优取向排列, 该复合材料的成分和微观结构与天然骨类似。      

碳酸化羟基磷灰石/胶原(nCHAC)生物复合材料的室温制备及表征

通过仿生自组装法在室温下制备了纳米碳酸化羟基磷灰石/胶原(nCHAC)复合材料,并借助X射线衍射(XRD)分析、热分析(TGA)和透射电镜(TEM)的观察对其进行了表征,结果表明:(1)该材料具有与天然骨相同的纳米尺度和胶原蛋白无机相,含有2.8%～14.7%(wt)的碳酸成分;(2)显微结构是矿化的胶原纤维束,类似于天然骨的分级结构.揭示了碳酸和胶原含量不同的复合材料中具有微小差别的自组装单元.碳酸的百分含量影响矿物的晶体尺寸和胶原纤维的组装.因此,nCHAC复合材料是有前途的硬组织修复用材料,这要归功于生物仿生制备出的材料具有与天然骨类似的成分和类似的微观结构.     

用仿生自组装法制备的新型生物复合材料及表征

通过仿生自组装法在室温下制备了纳米碳酸化羟基磷灰石/胶原(nCHAC)复合材料,并采用X射线衍射(XRD)、热分析(TGA)和透射电镜(TEM)进行了观察和分析.结果表明,该材料具有与天然骨相同的纳米尺度和胶原蛋白无机相,含有(2.8～14.7)w%的碳酸化HA成分;其显微结构是矿化的胶原纤维束,类似于天然骨的分级结构.揭示了碳酸化HA和胶原含量不同的复合材料中,具有微小差别的自组装单元.碳酸的百分含量影响矿物的晶体尺寸和胶原纤维的组装.因此,nCHAC复合材料是有前途的硬组织修复用材料,其所具有的特殊性能要归功于生物仿生制备出的nCHAC材料有与天然骨类似的成分和类似的微观结构.     

贝壳珍珠层生物矿化及其对仿生材料的启示

贝壳珍珠层作为一种典型的生物矿化材料而备受关注. 本文综述了贝壳珍珠层结构及其文石晶体的结晶学取向, 概述了贝壳珍珠层成因的生物矿化机理. 同时介绍了贝壳珍珠层特殊的组装方式在仿生材料方面近年来的研究进展, 认为选择合适的有机物,使其自组装成各种超分子结构作为无机物沉积的模板, 是仿生合成的关键.     

生物可吸收储存式药物控释载体制备研究

针对骨科疾病治疗中传统的用药方式存在的问题,研究制备了一种生物可吸收靶向式药物控释载体。首先在体外模拟天然骨的生物矿化过程,利用材料的自组装机制合成了羟基磷灰石／胶原类骨仿生复合材料,再采用热致分相／非溶剂抽提成孔技术进一步与聚乳酸复合制备了三维多孔储存式药物控释载体。通过对材料的表征和模型化合物控释实验,结果显示羟基磷灰石／胶原复合材料与天然骨类似,羟基磷灰石／胶原／聚乳酸储存式载体能达到控制释放的目的。     

胶原组装形态对仿生矿化的影响

模拟天然骨组织中胶原的有序结构,构建多级有序的胶原液晶膜,以胶原非液晶膜作为参照,通过体外的仿生矿化考察了胶原液晶模板对于仿生矿化的影响。采用偏光显微镜、扫描电镜、原子力显微镜、X-射线衍射等手段分析了仿生矿化不同时间后在两种模板上沉积的钙磷盐的形貌与结构。结果表明,胶原液晶的多级有序结构对仿生矿化有比较明显的影响;与胶原非液晶模板相比,在胶原液晶模板上沉积的钙磷盐不仅在微观上有序,而且在宏观上也很有序且致密。这表明,胶原液晶的这种多级有序结构有利于构建仿生骨组织修复材料。