模拟体液中硅酸根离子调控羟基磷灰石成核过程

摘要

羟基磷灰石(Hydroxyapatite，HAP)作为哺乳动物骨骼和牙齿的主要无机成分，其生长机理研究和结晶过程调控对于医学上的生理、病理性矿化研究以及生物仿生材料的合成都有重大意义。在牙齿、骨骼发育过程中，发现硅对矿物的形成起着重要的作用，然而该过程的化学机理仍不明确。本文研究了不同浓度的硅酸根离子对模拟体液(Simulated bodyfluids，SBF)中HAP成核过程的调控作用，以pH计监测结晶动力学曲线，以傅里叶变换红外光谱(FTIR)、X射线粉末衍射(XRD)、透射电子显微镜(TEM)、扫描电子显微镜(SEM)等方法进行表征。硅酸根离子通过调控无定型磷酸钙前驱相(Amorphous calcium phosphate，ACP)的形貌以及尺寸来调控HAP结晶过程。在高浓度硅酸根离子(3-8 mM)存在条件下，硅酸根离子聚合并沉淀在ACP表面，使ACP颗粒彼此合并，从而得到具有更大尺寸和更小比表面积的ACP团聚体，达到稳定ACP的作用，抑制ACP向HAP的相转变。且硅酸根离子浓度越高，抑制HAP成核的效果越明显。相反，低浓度硅酸根离子(0.05-0.5 mM)在溶液中以带负电荷的寡聚体形式存在，因此可以吸附溶液中的钙离子成为ACP的成核中心，使溶液中形成颗粒直径更小、比表面积更大的ACP，加快了HAP的形成。且硅酸根离子浓度越低，HAP成核速率越快。这一结论可以帮助我们理解生物体内硅调控的矿物形成过程。

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致谢

摘要

缩写及符号

第一章 绪论

1．1 生物矿物简介

1．2 生物矿化过程调控原理

1．3 生物中的羟基磷灰石及共无定型前驱体

1．4 硅与生物矿化

1．4．1 硅的溶液化学

1．4．2 硅参与生物矿化过程

1．5 本论文主要研究内容

第二章 羟基磷灰石结晶动力学研究方法

2．1 前言

2．2 实验部分

2．3 结晶动力学过程分析与讨论

2．4 本章小结

第三章 硅酸根离子调控羟基磷灰石结晶过程

3．1 前言

3．2 实验部分

3．2．1 实验试剂与方法

3．2．2 无定型磷酸钙颗粒比表面积计算方法

3．3 硅酸根离子调控羟基磷灰石成核

3．3．1 硅酸根离子调控羟基磷灰石结晶过程

3．3．2 硅酸根离子调控羟基磷灰石成核过程原理

3．4 本章小结

第四章 总结与展望

参考文献

作者简历