1、外文原文：http:/ 中文 4790 字 纤维蛋白 -磷灰石复合材料的仿生制备 Rui Yoh, Takuya Matsumoto, Jun-ichi Sasaki, Taiji Sohmura 摘 要 ： 双向扩散的 Ca 和 PO4 的溶液加入到 纤维蛋白凝胶 中， 在不同 pH条件下 和 氟 离子的 浓度进行 仿生矿化反应 生成有机 /无机模仿生物矿化复合材料 。 在这个系统中产生的矿物 比在溶液矿化系统中产生的矿物 具有较高的结晶度 。 在纤维蛋白 凝胶中由于 pH 条件 不同 生成的矿物 也 不同，如下所示 ：当不受
2、酸碱约束下获得的矿物是 DCPD；当 PH 是 7.4 时，获得的矿物 是 DCPD 和 OCP的 混合物 ；当 PH 是 9.0 时，获得的矿物是 OPD 和 HAP 的 混合物 。当氟离子浓度在 2-500ppm 变化时，在 PH 是 7.4 时，凝胶系统中产生的矿物也在改变，从OCP/HAP 复合材料转变为 HAP/ FAP 复合材料 。 此外， 所获得的矿物的 结晶 度随 随氟离子在增加 而增加，同时晶度 和溶解度呈负相 关关系 。 总之 ，我们建立了新的有机 /无机复合材料 合成方法，这种材料是由 纤维蛋白和钙磷酸盐组成的 ，同时表明 合成的矿物特征 可由 制 备 条件 控制 。 &
3、nbsp; 关键词 ：仿生材料 ， 生物矿化 ，钙磷酸盐，水凝胶，氟离子 引 言 经 过深入的研究表明，在骨组织工程学领域，有机或者无机的复合材料与骨组织具有良好的生物相容性，能够提高它们的机械性能和促进骨组织再生。大多数有机或无机复合材料都是几种简单的有机或无机材料经过复合制备的，但是模拟生物硬组织的复合材料的制备方法并没有被很好的介绍。 生物硬组织，例如骨骼和牙齿的 釉质 ，是在细胞外基质（ ECM）中钙磷酸盐环境中经过成核，晶体生长而形成的。例如，骨钙蛋白或者
4、别的非胶原蛋白，是通过典型的 I 胶原质化学连接的，它们和羟基磷灰石（ HAP）具有良好的生物相容性。在釉质的形成过程中，自我组成的 纳米釉源蛋白调节磷灰石的晶体形态，因此， ECM 扮演中重要的角色，它不仅提供场所供矿物结晶沉淀而且对于生物硬组织的生长能够控制生物矿物的成核，结晶形态和结晶方向。在多样的水凝胶方向，一些研究已经开始使用钙化系统和尝试了解基质蛋白在生物矿化过程中的作用。例如 Boskey et al 曾建立了动物胶和 琼脂糖胶 的扩散系统，证明非胶原蛋白在 HAP 的制备过程中起到促进还是抑制作用。 Hunter et al.曾使用 丙烯酰胺凝胶 研究它
5、在体外的矿化过程。因此在有机基质中矿物的形成被认为是模拟生物硬组织生长矿化方法的一种。这 些有机或无机复合材料经过仿生过程制备可能对于骨组织工程学的研究有非常大的作用。但是在以上提到的凝胶系统中无机相的制备大多数是由结晶度低的磷灰石组成的。在骨组织工程中，控制好无机相在复合材料中的性能是非常必要的，这是因为材料在医学治疗应用上需要一些特别的性能如可吸收性。为了控制好这些无机材料的性能，我们尝试在不同条件下制备复合材料。 在 HAP 中加入氟化物能够提高材料的稳定性，这是通过在晶格中用氟离子取代氢氧离子。氟离子在血清中浓度为 0 0.13 ppm，但是在骨
6、组织中浓度提高到800ppm，釉质中达到 350-1000ppm。因此，对于生物硬组织的生长过程中，氟化物在调节矿物性能上显然起到关键作用。除此之外，在矿化过程中， PH 也是一个重要的因素。因此在矿化过程中，控制复合材料中无机性能这些因素都是非常重要的参数。 在组织工程学上使用纤维蛋白凝胶是非常有益的，这是因为它具有生物相容性和生物降解性。更重要的是纤维蛋白能够从个人的周围血提取，因此在这次研究中我们选择纤维蛋白作为有机成分。在这次的研究中，在不同的条件下，我们使用纤维蛋白凝胶进行体外矿化和研究在凝胶中生成的矿物的性能是为了获得无机成分在有机 或无机复
7、合材料中多样性的特点。 材料和方法 体外纤维蛋白凝胶的矿化过程 凝胶扩散系统的制备过程如下：纤维蛋白（ 4mg/mL)和凝血酶溶液（ 2.5 单位 /mL）以 1:1 比例混合均匀。取 240 L 溶液倒入聚乙烯试管（直径 =8mm）在37。 C 保温箱中放置 30 分钟以便于凝胶。 100 mM 的 (CH3COO)2Ca.2H2O 和 60mM的 NH4H2PO4 溶液以相反的方向倒入以制好的凝胶促进矿化作用，如图一所示。整个系统在保温箱内维持 37。 C 放置 3 天。 Ca 溶液和
8、 PO4溶液初始 PH 分别为 7.6和 4.5.为 了研究溶液 PH 在矿化过程中的影响，通过添加 HCl 和 NaOH 分别调节两个溶液的 PH 值到 7.4 和 9.0.在每一个矿化情况下测定纤维蛋白凝胶的 PH 了解矿化前后 PH 的变化。研究氟化物在矿化作用中的影响， 2-2000ppm HF 被加入到 PO4溶液中。为了控制整个溶液系统的矿化作用，在 37。 C 下 25mL 的 Ca 溶液直接倒入 25mL 的 PO4mL。 矿化产品的评价 矿化作用后，将凝胶系统在室温下风干 24h，然后将获得的产
9、品用粉末 X 射线衍射分析法鉴定产品。（ 002）高度的一半值被认为是制的的矿物的结晶度指数。 矿物的沉淀现象和晶体的形态用扫描电子显微镜观察。对于扫描电子显微镜观察时，在以矿化的纤维蛋白凝胶中加入 4%多聚甲醛，然后用磷酸盐缓冲溶液洗涤六次后在加入 1%的 OsO4 再用磷酸盐缓冲溶液洗涤六次，最后用浓度达到100%de 乙醇进行脱水。凝胶用 CO2在临界温度干燥 45 分钟 图 1 （ A） 示意图凝胶扩散系统 ： Ca2+和 PO34-在凝胶系统中以相反的方向 扩散到纤维蛋白胶，以 促进 凝胶矿
10、化 。（ B）纤维蛋白凝胶的尺寸： 8mm 3.4mm（直径厚度）：（ a） 纤维蛋白凝胶 （ b）矿化 4小时 （ c） 矿化 3天 溶解度的测定 为了评价制的的样品的生物降解性，我们进行了体外溶解度测定实验。样品浸入到 PH 为 4.8 的浓度为 0.1moL/L 的 10mL 醋酸盐缓冲溶液中，在 37。 C 下保温5 天，剩下的样品被完全溶解在 10mL 的 HCl 溶液中，每个溶液中 Ca 离子的浓度使用先前描述的一种方法原子吸收的分光光度计测定。在凝胶
11、中矿物的溶解度被定义为被洗提的 Ca 离子的含量与组成的凝胶中的初次的 Ca 含量的比值。 结果 体外纤维蛋白凝胶的矿化过程 矿化作用后，一个白色矿物沉淀（能带） 在纤维蛋白凝胶中被观察了 10 分钟，然而在矿化凝胶系统溶液中，当 Ca 溶液被滴加到 PO4溶液中立即就观察到白色沉淀。最初，在纤维素凝胶的矿物沉淀被观察了在 Ca 溶液被倒的区域（ C 边） , 和能带区域然后扩大为这 PO4 溶液被倒的区域 （ P 边）。最后， 4 小时后凝胶体全变白
12、了。如图 1（ B） 在矿化前凝胶的 PH 为 6.61，在表一的条件下凝胶系统 PH 值在 24 小时后将会增加。 表一 矿化 24 小时后纤维凝胶系统的 PH 值
13、 条件 PH 值 矿化之前纤维凝胶 6.61 +_0.12 不受酸碱约束 5.14 + 0.15 PH 为 7.4 6.09 + 0.20 PH 为 9.0 6.48 +0.24
