生物矿化及仿生矿化中的信息传递和转化

牙齿、骨骼、贝壳等生物矿物具有多级有序的结构和优异的力学性能,是生物矿化过程调控下的矿化结晶产物。生物矿化中的矿物与生物有机基质之间的界面分子识别和结晶调控策略为深入理解化学工程中的“信息传递和转化”范式提供了良好的学习素材。以生物矿化典型无机矿物磷酸钙和碳酸钙体系为例,从生物矿物-溶液界面结构、生物分子与矿物晶面的分子识别、矿物结晶调控三个层面综述了生物矿化的化学调控原理,并从信息传递和转化的化学工程范式出发,分析了生物矿化中分子工程和结晶调控策略。绿色高效的生物矿化过程调控策略有望应用于未来化学工程以解决目前面临的需求倍增和资源短缺的全球性问题。     

模板法在仿生物矿化中的应用的进展

生物体可以设计许多的有机-无机复合材料,这些材料的适应功能是高度复杂的.物理学家、化学家和材料科学家进行了大量模仿制备类似结构及其性能的研究.文章中首先介绍生物矿化机理,第二部分介绍了仿生方法如分子模板,超分子模板,组织表面在生物矿化研究中的进展.     

生物矿化碳酸钙机理研究进展

生物矿化组织的微观分级结构主要取决于生物控制的分子过程,包括晶体生核、生长,以及矿物结构的堆积方式.生物分泌有机基质通过有机-无机界面处的晶格匹配、立体化学互补,电荷匹配等界面分子识别作用,调控着无机相的结晶过程,并最终形成了具有特定形态的晶体.本文综述了了国内外在模拟研究无机矿化作用机理方发展过程,研究现状.并指出要充分结合生物化学及基因工程来研究生物矿化的长期表达过程.     

骨生物材料的生物分子调控矿化研究

从生物分子调控的水平理解骨的发生和矿化过程,并在此基础上研究骨生物材料的合成策略是该领域突破和发展的关键。通过胶原蛋白、磷蛋白以及蛋白多糖三种生物分子在矿化过程中的调控作用的分析可以发现:胶原蛋白不能完成有机基质调控矿化的全部功能,磷蛋白以及蛋白多糖是胶原内矿物沉积的重要引发剂,对矿化起着活跃的调节作用。此研究的不断深入必将为生物材料高新技术的发展起到重要的推动和支撑作用。     

仿生型壳聚糖-明胶/溶胶凝胶生物玻璃复合支架的制备及其矿化性能研究

利用冷冻干燥法制备出用于骨和软骨组织工程的壳聚糖-明胶/溶胶凝胶生物玻璃(CS-Gel/SGBG)仿生型复合多孔支架,并进行了孔隙率的测定和显微形貌的观察;探讨了各组分不同用量对CS-Gel/SGBG复合支架显微结构的影响以及复合支架在模拟生理体液中的仿生矿化性能。研究表明,通过调节各组分的不同用量,可以制备出三维连通的复合多孔支架,且孔隙率达到90%以上;在模拟生理体液中浸泡后发现CS-Gel/SGBG支架表面有大量结晶态类骨碳酸羟基磷灰石生成,表明复合支架有良好的生物矿化性能。     

大分子表面改性剂在聚合物表面的富集行为

简述了大分子表面改性剂添加到聚烯烃基体中时接触介质的诱导作用和聚烯烃基体结晶的异质排斥作用及其相对分子质量、链节的柔顺性和与基体的相容性对其表面富集的影响。提出大分子表面改性剂设计合成的基本原则:化学结构和使用环境相匹配、憎水基功能团和亲水基功能团相适应、使用效率和功能持久性相平衡。介绍了大分子表面改性剂合成的主要方法。     

羟基磷灰石涂层的生物仿生法研究进展

羟基磷灰石的生物复合涂层具有很高的外科应用价值.制备羟基磷灰石复合材料的方法有很多种,其中仿生法模仿了自然界生理磷灰石的矿化机制,在类似于人体组织内环境条件的水溶液中自然沉积出磷灰石层.仿生法具有许多其它方法无可比拟的优越性.本文对近年来文献报道中出现的生物仿生法进行了综述,阐述了各种仿生法中包括对基体进行预处理使其表面官能团化,再将基体在模拟体液中浸泡从而使磷灰石自然沉积的模拟生物矿化的4个阶段的工艺过程及其仿生机理.     

生物大分子结晶过程的动力学

阐述了生物大分子结晶的一般过程,分析了结晶的机制和动力学.     

聚合物对药物结晶影响研究进展

在溶液结晶过程中,聚合物添加剂通过参与晶体的成核和生长,在控制晶体的晶型、晶体尺寸和形态方面具有显著的效果。综述了聚合物在药物结晶抑制和调控两方面的研究进展。聚合物分子可以吸附在生长表面,通过阻碍溶质分子在晶体上的聚集来抑制晶体生长。聚合物分子还可以使晶体生长机理发生改变,从而对药物的晶型进行调控。并对未来的发展和前景进行了展望。     

钛-铝合金表面二氧化钛纳米管的制备及生物矿化

采用电化学阳极氧化在钛-铝合金表面生成一层结构高度有序的二氧化钛纳米管阵列,并在模拟体液中进行生物矿化实验。利用扫描电子显微镜和X-射线衍射仪对TiO2纳米管的结构形貌以及通过生物矿化生成的羟基磷灰石涂层进行了表征。实验结果表明,钛-铝合金表面的TiO2纳米管直径为80～100nm,管长约1μm。在模拟体液中的矿化实验结果证明在TiO2纳米管上沉积了羟基磷灰石涂层。     

HA/TCP双相陶瓷的生物矿化研究

采用新型动态体外模拟系统对HA/TCP双相陶瓷进行了体外生物矿化性能研究,通过SEM、EDAX、FT-IR等测试手段研究并分析了模拟体液流速以及钙磷离子补充在矿化过程中对样品表面磷灰石晶体生长影响.研究发现,较低的模拟体液流速下样品表面形成针片状碳酸化羟基磷灰石晶体,而在较高的流速下,晶片交错生长,形成网状结构,将样品表面完全覆盖.同时,模拟体液Ca2+的及时补充也有助于矿化层的形成.     

添加剂对氨基酸晶体生长的影响

氨基酸大多生长为针状或片状晶习,存在堆密度低、流动性差等问题,严重影响产品后加工处理过程。因此,实现氨基酸晶习的定向调控具有重要意义。添加剂对氨基酸晶习调控直接有效,广泛应用于工业生产中。本文主要从抑制和促进晶体生长两个角度,综述了添加剂对氨基酸晶体生长的作用机理。添加剂对晶体生长的抑制机理主要有两点：一是添加剂分子吸附到晶面上,阻碍溶质分子的扩散和聚集;二是添加剂分子嵌入晶格并占据生长位点。而添加剂促进晶体生长的机理为：添加剂加快了溶质分子在晶体表面的聚集速度、使晶体表面粗糙化和降低了溶剂层脱除能垒。最后,针对添加剂对氨基酸晶体生长影响的研究,从晶体工程的角度提出了通过分子模拟设计的添加剂定向控制氨基酸晶体生长,从而调控晶习的展望。     

仿生物矿化模板法制备多孔材料的研究进展

综述了运用不同分子模板制备形貌与结构可控的多孔材料以及在多孔材料调控方面的最新进展。对仿生物矿化的机理进行了探讨,最具代表性的就是有机无机界面分子理论。在此基础上给出仿生物矿化研究存在的问题及研究方向。     

抗生素药物面临的挑战与机遇

抗生素药物为人类健康做出了突出贡献，而病原微生物抗药性的蔓延、新疾病的涌现等问题向抗生素药物提出了新的挑战. 现代生物及相关科学技术的发展，如基因组学、蛋白质组学、生物信息学、生物大分子结晶技术、药物设计学等，为抗生素药物的研制和开发提供了新的方法与思路.     

大分子拥挤对酶蛋白及DNA的影响

大分子拥挤是指在蛋白质、多肽、核酸和多聚糖共同形成的环境中,由于大分子的不可穿透性,使任何一个大分子的实际可及空间大幅缩小,所形成的生物大分子环境是一种由于空间排斥引起的纯物理性非特异性效应。酶在机体中发挥高效专一的催化作用,细胞内分子环境改变可能导致酶活性的改变,影响细胞及机体的稳态,同时大分子拥挤还可能影响DNA的合成。本文主要从大分子拥挤对酶(包括酶蛋白性质、酶活性、酶蛋白最适温度)和DNA的影响及其可能的作用机制等方面作一综述。     

环糊精包合作用组装大分子网络

利用环糊精的包合作用可以组装构筑大分子网络体系.这种独特的组装方法交联模式简单、交联度易于调控,得到的网络体系既能为聚合物的缔合理论提供理想的实验模型,又能广泛用于黏度调节和药物控释.环糊精的独特结构及对多种客体分子的包合作用使其近年来成为分子组装研究的热点.本文综述了以环糊精包合作用构筑大分子网络的研究进展,分别介绍了链状大分子组装交联和环糊精分子管道结晶缔合这两种方法.     

生物大分子结晶的研究进展

阐述了生物大分子结晶的一般过程,分析了影响结晶的因素,重点介绍了制备适于X射线衍射分析的生物大分子晶体的相关结晶技术。     

分子印迹光学生物传感器的研究进展

分子印迹聚合物是天然抗体的理想替代品。将分子印迹聚合物与光学传感器相结合所制备的分子印迹光学传感器用以检测生物大分子,具有灵敏度高、专一性强及快速、便捷、实时等优点。文章对近几年分子印迹光学生物传感器的研究进展进行了综述,包括荧光、表面等离子体共振、共振光散射、光纤、电化学发光等分子印迹生物传感器,并对分子印迹光学生物传感器存在的问题进行了探讨,指出所面临的挑战。     

蛋清蛋白模板法仿生制备球霰石

引言 高效、高选择性、与环境友好的绿色化学,已成为现代化学发展的趋势。科学家努力探寻．找到了在环境友好介质中的“理想的”合成——在温和条件下。高效、高选择性、高原子经济性的仿生合成。仿生合成就是将生物矿化的机理引入无机材料的合成中．通过有机大分子和无机矿物离子在界面处的相互作用。从分子水平控制无机矿物相的析出．从而使生物矿物具有特殊的高级结构和组装方式．仿生合成以有机物的组装体为模板控制无机物的形成．制备具有独特的显微结构的无机材料．从而使材料具有优异的物理和化学性能。因此这种利用生物矿化原理调控合成特定形貌的无机材料成为研究热点。     

熔融法生物玻璃与溶胶-凝胶法生物玻璃的矿化特性研究

采用X射线衍射(XRD)、傅立叶转换红外光谱(FTIR)、扫描电镜(SEM)等方法对比分析了熔融法生物玻璃45S5与溶胶-凝胶法生物玻璃58S及77S的体外生物矿化性能,对它们表现出来的生物矿化性能差异进行初步的机理研究.结果表明,这3种生物玻璃中,58S具有最好的生物矿化性能,在37℃的模拟体液(simulated body fluid,SBF)中浸泡反应8 h即能在表面矿化形成结晶度较好的碳酸羟基磷灰石(HCA).