本文關(guān)鍵詞：微重力對膠原纖維化和羥基磷灰石晶體生長的影響研究

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【摘要】：空間微重力環(huán)境能夠引起生命體(人體)生理狀態(tài)的顯著改變,如航天員骨質(zhì)流失情況非常嚴(yán)重。骨的主要成分是無機礦物和生物大分子,其礦化是在成骨細(xì)胞等細(xì)胞及生物大分子的參與、調(diào)控下完成的。羥基磷灰石(HAP)是無機礦物的主要成分之一,生物大分子通過對無機礦物質(zhì)在無機／有機界面處成核過程的調(diào)控,能對礦化過程產(chǎn)生顯著的影響。因此,以骨的生物礦化模型研究作為出發(fā)點,針對生物大分子的協(xié)同作用對骨礦化過程的影響,采用體外模擬的方式研究HAP的礦化過程,將有助于明晰空間航天員骨質(zhì)流失發(fā)生機制。本文考察了模擬微重力條件下膠原溶液在形成三維膠原(凝膠)過程中所發(fā)生的變化以及后續(xù)其對HAP晶體生長的影響。其次,針對空間微重力實驗環(huán)境的特點,探索適宜的用于物質(zhì)輸運過程的觀測技術(shù),研制了集三種光學(xué)觀測技術(shù)于一體的模塊化、高可靠設(shè)計的小型化原理樣機,通過模型化的火焰結(jié)構(gòu)的觀測,結(jié)合地基觀測與微重力落塔觀測,對上述原理樣機的觀測精確性與可靠性進(jìn)行了檢驗。未來,該原理樣機將用于空間HAP晶體生長過程中的物質(zhì)輸運過程研究。利用三維回轉(zhuǎn)器模擬微重力,制備不同條件的三維膠原,對其進(jìn)行SEM表征以及孔隙統(tǒng)計分析,考察三維回轉(zhuǎn)模擬微重力對三維膠原的影響。結(jié)果表明,三維回轉(zhuǎn)模擬微重力條件下形成的不同濃度的三維膠原的孔隙數(shù)量明顯多于正常重力條件下的結(jié)果,且三維膠原的孔隙數(shù)量隨著膠原濃度的增大而減少。模仿生物礦化,將利用三維回轉(zhuǎn)器模擬微重力條件制備的不同濃度的三維膠原浸沒到模擬體液中培養(yǎng)HAP晶體,并與正常重力條件下得到的結(jié)果進(jìn)行比較,觀察晶體生長、形貌及分析鈣磷比。結(jié)果表明,低濃度膠原溶液形成的三維膠原對磷酸鈣鹽晶體的生長有顯著影響。隨著膠原溶液濃度的增大,不同重力條件下形成的三維膠原對晶體生長、形貌以及鈣磷比的影響逐漸減小。采用XRD、EDS、FT-1R等方法對低濃度膠原溶液形成的三維膠原表面生長的晶體進(jìn)行分析表征。結(jié)果表明,三維回轉(zhuǎn)模擬微重力條件下形成的三維膠原對晶體的生長有抑制作用。利用薄層模擬微重力,制備不同條件的三維膠原,對其進(jìn)行SEM表征以及孔隙統(tǒng)計分析,考察薄層模擬微重力對三維膠原的影響。結(jié)果表明,薄層模擬微重力條件下制備的三維膠原的表觀形貌與正常重力條件下的結(jié)果完全不同,其呈微觀多孔的纖絲狀立體結(jié)構(gòu),而正常重力條件下形成的三維膠原則呈孔隙不均的層面結(jié)構(gòu),隨著膠原溶液濃度的增大孔隙數(shù)量減少。模仿生物礦化,將利用薄層模擬微重力條件制備的不同濃度的三維膠原浸沒到模擬體液中培養(yǎng)HAP晶體,與正常重力條件下得到的結(jié)果進(jìn)行比較分析,考察不同重力條件下形成的三維膠原對HAP晶體生長的影響,并采用SEM、XRD、EDS等方法對晶體進(jìn)行分析表征。結(jié)果表明,薄層模擬微重力條件下形成的三維膠原對磷酸鈣鹽晶體的生長有顯著影響。培養(yǎng)1-3天時,薄層模擬微重力條件下形成的三維膠原表面只生長出無定形磷酸鈣；而相同時間下,正常重力條件下形成的三維膠原表面則生長出塊狀晶體,含有HAP晶體；培養(yǎng)5天時,薄層模擬微重力條件下形成的三維膠原表面生長出HAP晶體：培養(yǎng)7天時,正常重力條件下形成的三維膠原表面生長的HAP晶體結(jié)晶度明顯低于薄層模擬微重力條件下的結(jié)果。研制了用于空間觀測溶液中HAP晶體生長時物質(zhì)輸運過程的原理樣機,并利用簡單模型化體系對原理樣機性能進(jìn)行了地面及微重力落塔實驗測試。結(jié)果表明,該原理樣機能夠應(yīng)用于觀測物質(zhì)輸運過程且在微重力環(huán)境中具有高可靠性。
【關(guān)鍵詞】：三維回轉(zhuǎn)模擬微重力 薄層模擬微重力 三維膠原 羥基磷灰石 原理樣機
【學(xué)位授予單位】：揚州大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：R85;O78
【目錄】：

• 摘要2-4
• Abstract4-9
• 第一章 文獻(xiàn)綜述9-22
• 1.1 引言9-11
• 1.2 骨組織11-13
• 1.2.1 骨的分級結(jié)構(gòu)11-12
• 1.2.2 骨的組成成分12-13
• 1.2.2.1 膠原結(jié)構(gòu)12
• 1.2.2.2 無機礦物羥基磷灰石12-13
• 1.3 膠原對骨礦化的作用13-15
• 1.4 有機/無機復(fù)合物的制備15-17
• 1.5 模擬失重生物效應(yīng)的研究17-18
• 1.6 光學(xué)技術(shù)觀測物質(zhì)輸運過程18-20
• 1.7 課題研究背景及主要內(nèi)容20-22
• 第二章 實驗部分22-29
• 2.1 實驗藥品與儀器設(shè)備22-23
• 2.1.1 實驗藥品22
• 2.1.2 實驗儀器設(shè)備22-23
• 2.2 實驗方法23-27
• 2.2.1 三維膠原的制備23-24
• 2.2.2 模擬體液(SBF)的配制24-25
• 2.2.3 羥基磷灰石仿生生長25-26
• 2.2.4 樣品尺寸統(tǒng)計方法26
• 2.2.5 模擬微重力效應(yīng)26-27
• 2.2.5.1 三維回轉(zhuǎn)器模擬微重力效應(yīng)26
• 2.2.5.2 薄層模擬微重力效應(yīng)26-27
• 2.3 實驗表征方法27-29
• 2.3.1 掃描電子顯微鏡分析(SEM)27
• 2.3.2 X-射線粉末衍射(XRD)27
• 2.3.3 傅里葉變換紅外光譜分析(FT-IR)27-28
• 2.3.4 X-射線能譜(EDS)28-29
• 第三章 三維回轉(zhuǎn)模擬微重力對膠原纖維化及羥基磷灰石晶體生長的影響研究29-43
• 3.1 不同條件的三維膠原的制備和羥基磷灰石晶體仿生生長29-30
• 3.2 三維膠原空白樣品的SEM表征及孔隙分析30-32
• 3.2.1 三維膠原空白樣品的SEM表征30-31
• 3.2.2 三維膠原空白樣品的孔隙統(tǒng)計分析31-32
• 3.3 1mg/mL三維膠原表面生長的晶體SEM表征及鈣磷比分析32-34
• 3.3.1 晶體SEM表征32-33
• 3.3.2 晶體鈣磷比與生長時間的關(guān)系33-34
• 3.4 2mg/mL三維膠原表面生長的晶體SEM表征及鈣磷比分析34-36
• 3.4.1 晶體SEM表征34-35
• 3.4.2 晶體鈣磷比與生長時間的關(guān)系35-36
• 3.5 3mg/mL三維膠原表面生長的晶體SEM表征及鈣磷比分析36-38
• 3.5.1 晶體SEM表征36-37
• 3.5.2 晶體鈣磷比與生長時間的關(guān)系37
• 3.5.3 不同條件下形成的三維膠原表面生長的晶體鈣磷比對比37-38
• 3.6 晶體結(jié)構(gòu)、組成元素分析38-42
• 3.6.1 晶體XRD表征39-40
• 3.6.2 EDS分析組成元素40-41
• 3.6.3 膠原蛋白及復(fù)合層的FT-IR表征41-42
• 3.7 本章小結(jié)42-43
• 第四章 薄層模擬微重力對膠原纖維化及羥基磷灰石晶體生長的影響研究43-57
• 4.1 薄層三維膠原的制備和羥基磷灰石晶體仿生生長43-44
• 4.2 三維膠原空白樣品的SEM表征及孔隙分析44-46
• 4.2.1 三維膠原空白樣品的SEM表征44-45
• 4.2.2 三維膠原空白樣品的孔隙統(tǒng)計分析45-46
• 4.3 0.5mg/mL三維膠原表面生長的晶體表征及鈣磷比分析46-49
• 4.3.1 晶體SEM表征46-47
• 4.3.2 晶體XRD表征47-48
• 4.3.3 EDS分析組成元素48-49
• 4.3.4 晶體鈣磷比與生長時間的關(guān)系49
• 4.4 1.0 mg/mL三維膠原表面生長的晶體表征及鈣磷比分析49-53
• 4.4.1 晶體SEM表征49-50
• 4.4.2 晶體XRD表征50-52
• 4.4.3 EDS分析組成元素52
• 4.4.4 晶體鈣磷比與生長時間的關(guān)系52-53
• 4.5 薄層模擬微重力結(jié)果與三維回轉(zhuǎn)模擬微重力結(jié)果對比53-55
• 4.5.1 三維膠原空白樣品及晶體表觀形貌對比53-54
• 4.5.2 晶體鈣磷比與生長時間關(guān)系的對比54-55
• 4.5.3 不同重力條件下形成的三維膠原表面生長的晶體XRD對比55
• 4.6 本章小結(jié)55-57
• 第五章 用于空間HAP晶體生長過程中物質(zhì)輸運過程觀測的原理樣機57-63
• 5.1 原理樣機的研制57-59
• 5.1.1 原理樣機的工作原理57-58
• 5.1.2 原理樣機的設(shè)計思路58-59
• 5.2 地面及微重力落塔實驗測試59-62
• 5.2.1 地面檢測59-61
• 5.2.2 微重力落塔檢測結(jié)果61-62
• 5.3 本章小結(jié)62-63
• 結(jié)論63-65
• 參考文獻(xiàn)65-72
• 論文發(fā)表72-73
• 致謝73-74

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