本文關(guān)鍵詞：大孔介孔硅納米顆粒負(fù)載仿生礦化前驅(qū)體進(jìn)行膠原纖維內(nèi)礦化的研究

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【摘要】：目的： 近年的研究表明,膠原纖維內(nèi)礦化能通過(guò)高聚物穩(wěn)定的液體樣礦化前驅(qū)體(polymer-induced liquid like precursor)的作用而達(dá)到。類(lèi)似于聚天冬氨酸(polyaspartic acid, pAsp)或者聚丙烯酸(polyacrylic acid, PAA)這類(lèi)的高聚物能模擬成核抑制物的作用而形成穩(wěn)定的液體樣無(wú)定形磷酸鈣顆粒前驅(qū)體(amorphous calcium phosphate precursor)。 在一些需要獲得膠原礦化的情況下,如骨缺損或者齲齒修復(fù)等,通過(guò)加入含有礦物質(zhì)的材料來(lái)獲得礦物離子的釋放已經(jīng)成為最常用的研究手段。然而這些報(bào)道中,由于缺乏成核抑制物而未能獲得脫礦組織的有效的纖維內(nèi)再礦化。迄今為止,也尚未有使直接使用礦化前驅(qū)體顆粒作為鈣磷來(lái)源的報(bào)道。因此,如果能使用一種類(lèi)似藥物運(yùn)輸?shù)牟呗?直接負(fù)載高聚物穩(wěn)定的礦化前驅(qū)體,并將其釋放在脫礦組織上,會(huì)有效促進(jìn)膠原礦化從理論向應(yīng)用的轉(zhuǎn)換。 歸功于介孔硅納米顆粒(mesoporous silia nanoparticles)獨(dú)特的物理化學(xué)特征,介孔硅在生物醫(yī)藥領(lǐng)域的應(yīng)用已經(jīng)獲得了長(zhǎng)足的進(jìn)步。大孔徑介孔硅由于具有較大孔徑,因而能負(fù)載大量的大分子藥物,而并非僅將藥物吸附于介孔表面。 在此,我們報(bào)道了一種合成大孔介孔硅納米顆粒(large pore mesoporou silica nanoparticles, LPMSN)的方法,在對(duì)其進(jìn)行氨基化之后,能有效加載和持續(xù)釋放高聚物PAA穩(wěn)定的礦化前驅(qū)體。將此系統(tǒng)應(yīng)用于單層重組膠原礦化,通過(guò)判斷其促進(jìn)膠原的纖維內(nèi)礦化的能力來(lái)探索此系統(tǒng)在生物礦化應(yīng)用領(lǐng)域的可行性。 材料和方法： 第一部分 使用擴(kuò)孔劑1,3,5-三甲苯(1,3,5-Trimethylbenzene, TMB)對(duì)初始合成的小孔徑的介孔硅進(jìn)行140℃高溫高壓下擴(kuò)孔。在無(wú)水甲苯回流的條件下使用硅烷偶聯(lián)劑3-氨基丙基三乙氧基硅烷(3-aminopropytriethoxylsilane, APTES)對(duì)LPMSN進(jìn)行表面改性,獲得氨基化的大孔介孔硅納米顆粒(amine-functionalized mesoporous silica nanoparticle, AFMSN)。使用了一系列的物理、化學(xué)方法對(duì)接入氨丙基(aminopropyl group)功能基團(tuán)的介孔硅納米顆粒的內(nèi)部物理結(jié)構(gòu)以及化學(xué)結(jié)構(gòu)進(jìn)行表征,包括：透射電鏡(transimission electron microscopy, TEM)、場(chǎng)發(fā)射透射電鏡(field emission transimission electron microscopy, FTEM)、X-射線(xiàn)粉末(powder X-Ray diffraction, XRD)、熱重分析(thermogravimetric analysis,TGA)、傅里葉紅外變換光譜分析(fourier transform infrared spectroscopy, FTIR)、光電子能譜分析(X-ray photoelectron spectrograph, XPS)、固態(tài)核磁共振(solid-state nuclear magnetic resonance spectroscopy, SSNMR)、氮?dú)馕矫摳綄?shí)驗(yàn)(nitrogen adsorption and desorption experiment)以及zeta電位測(cè)試。 第二部分 通過(guò)使用聚丙烯酸與鈣磷溶液獲得仿生礦化模擬物穩(wěn)定的無(wú)定形磷酸鈣顆粒(PAA-ACP)溶液。將AFMSN粉末與該溶液混合、吸附、離心清洗使用冷凍干燥技術(shù)凍干后獲得含有PAA-ACP復(fù)合物前驅(qū)體的介孔硅粉末,即PAA-ACP@AFMSN。 PAA-ACP@AFMSN粉末使用TEM、FTIR進(jìn)行檢測(cè),并將PAA-ACP@AFMSN使用環(huán)氧樹(shù)脂包埋后使用FTEM檢查并對(duì)其表面元素分布進(jìn)行元素分布形貌描繪(elemental mapping)。 將PAA-ACP@AFMSN粉末浸泡于HEPES緩沖液中,使用分光光度計(jì)法分別測(cè)定其鈣、磷、硅元素在0.5、1、3、6、12、24、48、72、96、120h的釋放,繪制曲線(xiàn)。 第三部分 使用小牛皮膚來(lái)源的Ⅰ型膠原粉末進(jìn)行單層膠原重組,并使用獲得的重組Ⅰ型膠原對(duì)從PAA-ACP@AFMSN釋放的前驅(qū)體的膠原纖維礦化的有效性進(jìn)行檢驗(yàn)。將PAA-ACP@AFMSN與HEPES溶液共混后獲取上清,將重組的Ⅰ型膠原網(wǎng)浸泡于上清中培養(yǎng)4天。將不同時(shí)間點(diǎn)的礦化膠原纖維進(jìn)行纖維內(nèi)礦化程度的TEM檢查。這是一種間接測(cè)定無(wú)定形磷酸鈣前驅(qū)體釋放和直接檢驗(yàn)PAA-ACP@AFMSN系統(tǒng)礦化膠原纖維有效性的辦法。 結(jié)果： 1.使用擴(kuò)孔劑TMB能有效擴(kuò)大孔徑,最終獲得平均孔徑為14.56nm的大孔介孔硅納米顆粒。硅烷偶聯(lián)劑APTES的引入,成功地將氨丙基基團(tuán)共價(jià)接枝于介孔硅的表面,并獲得了表面正電荷的AFMSN。這種改性有利于后期負(fù)載負(fù)性PAA-ACP復(fù)合體。 2.通過(guò)吸附PAA-ACP復(fù)合體,成功獲得了PAA-ACP@AFMSN。FTEM元素分布的檢測(cè)證明PAA-ACP@AFMSN內(nèi)部含有豐富的鈣磷元素。PAA-ACP@AFMSN中的鈣、磷、硅元素的持續(xù)釋放從三者的釋放曲線(xiàn)中被證實(shí)。 3. PAA-ACP@AFMSN在溶液中釋放的無(wú)定形磷酸鈣前驅(qū)體能對(duì)重組膠原進(jìn)行有效的礦化,這證明了鈣磷釋放曲線(xiàn)檢測(cè)前驅(qū)體的有效性以及PAA-ACP@AFMSN這個(gè)系統(tǒng)具有向應(yīng)用轉(zhuǎn)化的潛能。 結(jié)論： 通過(guò)直接將仿生礦化無(wú)定形磷酸鈣前驅(qū)體負(fù)載于氨基化的大孔介孔硅中,并對(duì)這種提前制作的前驅(qū)體對(duì)重組Ⅰ型膠原生物礦化能力的檢測(cè),我們認(rèn)為： 使用PAA-ACP@AFMSN對(duì)重組Ⅰ型膠原進(jìn)行生物礦化的系統(tǒng)是有效可行的。這證實(shí)了將前驅(qū)體直接加載以及釋放到生物脫礦組織的這種概念轉(zhuǎn)變的成功。同時(shí)也證實(shí)了,將介導(dǎo)礦化的中間體在生物組織在原位進(jìn)行持續(xù)釋放是可行的,具有將骨骼、牙齒的原位生物礦化從概念向應(yīng)用轉(zhuǎn)化的巨大潛能。
【關(guān)鍵詞】：生物礦化 無(wú)定形磷酸鈣 介孔硅 擴(kuò)孔 大孔介孔硅納米顆粒 膠原纖維內(nèi)礦化 氨基功能化 無(wú)定形磷酸鈣礦化前驅(qū)體
【學(xué)位授予單位】：華中科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類(lèi)號(hào)】：R783.1
【目錄】：

• 引言6-12
• 參考文獻(xiàn)9-12
• 中文摘要12-15
• Abstract15-19
• 第一部分 LPMSN和AFMSN的合成和表征19-56
• 材料20-21
• 方法21-24
• 結(jié)果24-41
• 討論41-49
• 小結(jié)49-50
• 參考文獻(xiàn)50-56
• 第二部分 PAA-ACP礦化前驅(qū)體在大孔介孔硅AFMSN中的加載和釋放56-81
• 材料57-58
• 方法58-66
• 結(jié)果66-71
• 討論71-76
• 小結(jié)76-77
• 參考文獻(xiàn)77-81
• 第三部分 PAA-ACP@AFMSN對(duì)I型膠原的再礦化81-92
• 材料82
• 方法82-83
• 結(jié)果83-85
• 討論85-88
• 小結(jié)88-89
• 參考文獻(xiàn)89-92
• 全文結(jié)論92-93
• 綜述93-118
• 參考文獻(xiàn)107-118
• 附錄1118-120
• 附錄2120-121
• 致謝121-122

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