本文關(guān)鍵詞：明膠系統(tǒng)中磷酸鈣仿生礦化的研究

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【摘要】：隨著我國人口的快速老齡化,骨質(zhì)疏松癥及并發(fā)癥問題日益嚴(yán)重。常規(guī)的口服補(bǔ)充鈣、維生素等僅在一定程度上緩解了骨質(zhì)疏松病癥的發(fā)展,缺乏顯著控制甚至完全抑制骨質(zhì)疏松的效果�；谀承┪⒘吭卦诠趋来x中的重要價值和必需性,近年來人們更多地將目光轉(zhuǎn)向了微量元素營養(yǎng)學(xué),希望通過補(bǔ)充微量元素的新手段達(dá)到更好地預(yù)防效果甚至治療效果。微量元素調(diào)節(jié)骨代謝、防治骨質(zhì)疏松發(fā)展的機(jī)制并不明確。因此,設(shè)想運(yùn)用一個人工構(gòu)建的仿生體系中,通過化學(xué)途徑和仿生學(xué)的基本原理,深入研究微量元素在這類體外人工體系中對類骨磷酸鈣礦物質(zhì)的成核、生長、聚集乃至去礦化行為的規(guī)律的系統(tǒng)研究,勢必會增進(jìn)我們對微量元素在調(diào)節(jié)骨骼無機(jī)礦物穩(wěn)定性、改善骨骼骨密度和生物力學(xué)方面的理解。 骨骼的組成包括膠原蛋白和多糖等生物分子和摻雜有多種無機(jī)礦物元素的磷灰石(HA),二者是通過生物分子介導(dǎo)的磷灰石納米晶有序自組裝,形成具有微觀結(jié)構(gòu)高度有序的有機(jī)-無機(jī)復(fù)合系統(tǒng)。因此,構(gòu)建基于含有膠原蛋白中多種多肽分子的仿生礦化體系,通過探討微量元素介導(dǎo)類骨磷酸鈣礦化成核和生長聚集的基本規(guī)律,對微量元素調(diào)節(jié)骨代謝和進(jìn)一步發(fā)展促進(jìn)骨質(zhì)疏松病癥所致骨損傷并發(fā)癥的再生修復(fù)治療的新型人工材料具有重要意義。 據(jù)此,本文從兩個角度來探討涉及微量元素介導(dǎo)類骨磷酸鈣仿生礦化的基本規(guī)律。第一,通過建立以明膠為主要仿生有機(jī)質(zhì)的水凝膠體系,細(xì)致探討體系在不同pH值預(yù)調(diào)節(jié)途徑下仿生礦化過程的基本規(guī)律,重點(diǎn)探討仿生礦化無機(jī)產(chǎn)物的聚集形態(tài)及其演化規(guī)律。第二,建立以明膠為有機(jī)質(zhì)、并按生理液無機(jī)離子電解質(zhì)相關(guān)參數(shù)設(shè)計更為接近生理環(huán)境的仿生礦化系統(tǒng),系統(tǒng)研究類骨磷酸鈣成核、生長、聚集以及隨體系pH值緩慢下降(模擬骨質(zhì)疏松病癥骨骼內(nèi)破骨細(xì)胞活躍區(qū)域細(xì)胞外基質(zhì)呈弱酸性的基本特征)過程的去礦化行為。本文的主要研究結(jié)果如下： 1.以明膠水凝膠為礦化反應(yīng)介質(zhì),首先將添加了磷酸鈉的反應(yīng)介質(zhì)pH值用鹽酸從pH5.6直接一步調(diào)節(jié)至pH4時,再向該介質(zhì)中逐滴添加無機(jī)鈣鹽溶液,礦化成核產(chǎn)物經(jīng)XRD鑒定其物相為白鈣磷石與三斜鈣磷石的復(fù)合物,并且納米晶聚集顆粒形態(tài)極為不規(guī)則。其次,采用兩步pH調(diào)節(jié)法對明膠體系的酸堿性進(jìn)行調(diào)節(jié)：先將其有鹽酸調(diào)節(jié)到pH3.0,然后用氫氧化鈉溶液調(diào)節(jié)到pH4.0,按類似方案仿生礦化所得的無機(jī)相產(chǎn)物為形態(tài)規(guī)則的多孔性球體,物相鑒定為羥基磷灰石(HAp)和其前軀體磷酸八鈣相(OCP)。本文進(jìn)一步對pH不同與調(diào)節(jié)所得礦化產(chǎn)物及其反應(yīng)系統(tǒng)進(jìn)行了分析。 2.在運(yùn)用兩步pH值預(yù)調(diào)節(jié)法得到球體產(chǎn)物的基本條件下,本文細(xì)致研究看各種微量元素對仿生礦化成核和納米晶聚集的影響。當(dāng)按反應(yīng)體系鈣、或磷的不同摩爾比例添加含Si、Sr、Zn的可溶性無機(jī)鹽時,所得礦化產(chǎn)物元素檢測發(fā)現(xiàn),Si較難摻入無機(jī)相中,Sr在產(chǎn)物中的增長的上限約為Sr/Ca摩爾百分?jǐn)?shù)5%左右,Zn則隨其加入量的增多在產(chǎn)物中逐漸增加。同時,礦化所得微球產(chǎn)物的物相隨摻入的微量元素元素的不同所受影響較小,微球的表面微結(jié)構(gòu)及孔隙率隨微量元素加入量呈現(xiàn)規(guī)律性變化。 3.本文進(jìn)一步設(shè)計了以明膠為有機(jī)質(zhì)、按人體生理液的無機(jī)電解質(zhì)成分為礦化反應(yīng)背景電解質(zhì),在人體生理條件(37℃、pH7.4)下探討類骨磷酸鈣鹽的仿生礦化和去礦化行為。研究發(fā)現(xiàn),在不添加微量元素時,礦化產(chǎn)物隨合成時間延長其聚集顆粒逐漸生長,一旦體系的pH值階段性逐步向下微調(diào)到pH6.2后,礦化產(chǎn)生的無機(jī)聚集顆粒逐漸解體,聚集物尺寸快速變��；當(dāng)向反應(yīng)體系預(yù)先加入Si時,礦化和去礦化過程與上述變化規(guī)律一致；但是當(dāng)加入Sr時,聚集顆粒的解體速率明顯受到抑制,當(dāng)達(dá)到pH6.2時聚集顆粒尺度仍然較大,表明Sr具有抑制去礦化效應(yīng)；當(dāng)加入Zn時,納米晶聚集、生長受到顯著抑制,整個礦化和去礦化過程中聚集顆粒尺寸均在100納米以下,顯示Zn在抑制類骨礦物納米晶生長方面具有特異的化學(xué)和生物學(xué)效應(yīng)。 綜上所述,本文通過在明膠為有機(jī)質(zhì)的仿生體系中細(xì)致探討了類骨磷酸鈣鹽的礦化、去礦化行為,尤其是三種骨代謝必需的關(guān)鍵微量元素對納米晶成核、生長和去礦化的影響規(guī)律。本文發(fā)現(xiàn),反應(yīng)體系的pH波動和微量元素屬性對產(chǎn)物形貌、物相、穩(wěn)定性都有較大的影響和差別。這些研究發(fā)現(xiàn)將有助于進(jìn)一步了解人體骨骼組織代謝、發(fā)育的化學(xué)機(jī)理,并對構(gòu)筑能夠顯著促進(jìn)骨質(zhì)疏松病理性骨損傷原位再生修復(fù)的新型生物材料以及骨質(zhì)疏松癥防治用藥的開發(fā)都有重要的科學(xué)意義。
【關(guān)鍵詞】：微量元素 pH值 仿生礦化 羥基磷灰石 明膠
【學(xué)位授予單位】：浙江大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2013
【分類號】：R318.08
【目錄】：

• 摘要6-8
• Abstract8-12
• 第一章 緒論12-26
• 1.1 骨的分層結(jié)構(gòu)與骨替代材料12-15
• 1.1.1 骨的七級結(jié)構(gòu)12-13
• 1.1.2 骨替代材料13-15
• 1.2 生物陶瓷材料15-19
• 1.2.1 羥基磷灰石15-17
• 1.2.2 磷酸八鈣17-18
• 1.2.3 磷酸三鈣18
• 1.2.4 碳酸鈣18-19
• 1.3 仿生合成的重要性及研究進(jìn)展19-21
• 1.4 微量元素的作用21-24
• 1.4.1 硅元素的作用22
• 1.4.2 鍶元素的作用22-23
• 1.4.3 鋅元素的作用23-24
• 1.5 本文研究目的和主要內(nèi)容24-26
• 第二章 pH和微量元素調(diào)控明膠系統(tǒng)中磷酸鈣鹽的合成26-45
• 2.1 前言26
• 2.2 實驗材料與方法26-28
• 2.2.1 實驗材料26
• 2.2.2 明膠溶液中合成磷酸鈣鹽26-27
• 2.2.3 明膠溶液中合成微量元素?fù)诫s磷酸鈣鹽27-28
• 2.2.4 測試與表征28
• 2.3 實驗結(jié)果28-41
• 2.3.1 產(chǎn)物形貌與相態(tài)28-31
• 2.3.2 產(chǎn)物元素組成及孔隙率31-33
• 2.3.3 反應(yīng)體系電位以及反應(yīng)過程中pH變化33-37
• 2.3.4 鈉離子和氯離子的影響37-38
• 2.3.5 磷酸鈣多孔微球的生長過程和機(jī)制38-41
• 2.4 實驗討論41-43
• 2.5 本章小結(jié)43-45
• 第三章 仿生系統(tǒng)中合成磷酸鈣鹽及微量元素調(diào)控45-54
• 3.1 前言45
• 3.2 實驗材料和方法45-47
• 3.2.1 實驗材料45-46
• 3.2.2 仿生礦化體系構(gòu)建與儀器設(shè)計46
• 3.2.3 仿生體系中合成磷酸鈣鹽46-47
• 3.2.4 仿生體系中微量元素調(diào)控磷酸鈣鹽合成47
• 3.2.5 測試與表征47
• 3.3 實驗結(jié)果與討論47-52
• 3.3.1 產(chǎn)物形貌隨時間變化47-50
• 3.3.2 產(chǎn)物的相態(tài)50-51
• 3.3.3 產(chǎn)物的粒徑51-52
• 3.4 本章小結(jié)52-54
• 第四章 結(jié)論及展望54-56
• 參考文獻(xiàn)56-62
• 致謝62-64
• 個人簡歷64-66
• 攻讀碩士期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文與取得的其他科研成果66

【參考文獻(xiàn)】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前6條

1 樊東輝,徐政,李世普,閆玉華,陳曉明;磷酸鈣生物可吸收材料及其微觀性能研究[J];材料科學(xué)與工程學(xué)報;2003年02期

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3 張愛娟;王衛(wèi)偉;;磷酸鈣骨水泥的制備及性能[J];材料科學(xué)與工程學(xué)報;2008年05期

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6 蘇文婷;初曉輝;谷大海;榮華;賈俊靜;徐志強(qiáng);;鍶與骨質(zhì)疏松癥[J];微量元素與健康研究;2011年01期

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本文編號：679858