矿化胶原纤维形成的体外模拟研究

摘要

矿化胶原纤维是天然骨的主要成分，目前关于胶原矿化的机理仍没有定论，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。
　　本论文采用自提的鼠尾 I型胶原为有机模板，以自提的牙釉质蛋白（Enamel Matrix proteins，EMPs）为生物大分子诱导因子模型、聚丙烯酸（Poly Acrylic Acid，PAA）为聚阴离子诱导因子模型、三聚磷酸盐（sodium tripolyphosphate，TPP）为阴离子诱导因子模型，SBF（Simulated Body Fluid，模拟体液）、CaCl2溶液和钙磷混合液（mixed溶液）为矿化介质，37.5℃环境下模拟生物矿化。利用 QCM灵敏度高和实时监测的优点研究胶原矿化初期过程，并结合AFM、FTIR、XRD和FSEM分析表征不同矿化液中胶原膜矿化前后的微观形貌、微观模量，矿化胶原化学结构的变化和矿化物的种类，以期对胶原矿化机理有进一步的认识和理解。
　　通过 QCM和 AFM对胶原矿化初期过程的分析研究，对比胶原膜在不同矿化液中矿化前后的变化，本论文认为胶原矿化机理更符合聚合物诱导的液态前体（polymer-induced liquid-precursor，PILP）理论，分析认为胶原分子与Ca2+间无化学结合，从而在一定程度上否定了传统的溶液结晶理论(成核、生长)的胶原矿化机理。
　　胶原自身具有模板作用，在SBF中能够矿化产生羟基磷灰石（hydroxyapatite,HAp）晶体。诱导因子能够与胶原结合，诱导矿化，不同诱导因子对胶原矿化的调控机理不同。TPP和EMPs具有诱导钙磷离子成核，促进矿化物的生成，增加矿化产物的作用；PAA则可能是通过抑制钙磷成核，与矿物一起形成类似液态的聚合物/矿物复合物渗入纤维内诱导形成了纤维内矿化。除了诱导因子影响矿化过程外，矿化介质也会影响矿化产物的生成。可能是因为不同溶液中无机离子在的活度不同，相比SBF，mixed溶液中胶原的模板作用没有得到发挥。

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第一章绪论

1.1胶原基生物矿化的研究

1.2 矿化胶原纤维

1.3石英晶体微天平（QCM）技术和原子力显微镜（AFM）

1.4本论文研究内容

第二章 Ι型胶原和牙釉基质蛋白（EMPs）的提取及表征

2.1 前言

2.2 主要实验试剂与仪器

2.3 实验步骤

2.4结果与讨论

2.5本章小结

第三章 胶原矿化初期过程的QCM研究

3.1 QCM监测胶原在SBF中的矿化过程

3.2 QCM监测胶原在CaCl2溶液中的矿化过程

3.3 QCM监测胶原在钙磷混合液中的矿化过程

3.4 本章小结

第四章 胶原纤维矿化初期的形貌与微观弹性模量的表征

4.1 胶原纤维在SBF中矿化初期的AFM表征

4.2胶原纤维在CaCl2溶液中矿化初期的AFM表征

4.3胶原纤维在钙磷混合液中矿化初期的AFM表征

4.4本章小结

第五章 全文总结

5.1主要结论

5.2论文的特点和创新

参考文献

附录

硕士期间研究成果

致谢