蠶絲蛋白水凝膠的仿生礦化研究.pdf

1、生物體內(nèi)的生物礦物通常是在水凝膠環(huán)境下形成的，是在可溶性功能蛋白和不可溶性有機(jī)模板蛋白協(xié)同調(diào)控作用下形成的產(chǎn)物，由于受到有機(jī)基質(zhì)的精密調(diào)控，生物礦物精細(xì)的結(jié)構(gòu)、復(fù)雜的形貌、優(yōu)異的性能是常規(guī)無(wú)機(jī)材料無(wú)法比擬的。受到生物礦化過(guò)程的啟發(fā)，本文首先利用天然絲素蛋白的再生溶液構(gòu)建類似于生物體內(nèi)的水凝膠環(huán)境，再將該絲素蛋白水凝膠浸入磷酸鹽溶液中進(jìn)行仿生礦化處理，研究了絲素蛋白水凝膠中鈣離子含量、礦化時(shí)間等對(duì)該水凝膠礦化能力的影響；隨后以該絲素蛋白水

2、凝膠為模板，選擇檸檬酸和絲膠蛋白作為可溶性功能分子，研究了這兩個(gè)功能性分子對(duì)絲素蛋白水凝膠仿生礦化過(guò)程的影響。用X射線粉末衍射儀（XRD)、傅立葉變換紅外光譜儀（FTIR）、場(chǎng)發(fā)射掃描電子顯微鏡（FE-SEM）、透射電子顯微鏡（TEM）、熱重分析儀（TGA）、萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)等分析了制得的仿生礦化絲素蛋白水凝膠的晶相組成、化學(xué)結(jié)構(gòu)、微觀形貌、熱穩(wěn)定性和機(jī)械性能。最后，將制得的仿生礦化絲素蛋白水凝膠與MG-63細(xì)胞在體外復(fù)合培養(yǎng)，用場(chǎng)發(fā)射掃描電

3、子顯微鏡觀察細(xì)胞在復(fù)合材料上生長(zhǎng)形貌；MTT法檢測(cè)細(xì)胞活力；阿爾瑪藍(lán)檢測(cè)細(xì)胞的增殖情況；堿性磷酸酶活性檢測(cè)細(xì)胞分化水平，并用茜素紅染色觀察細(xì)胞礦化的鈣沉積。評(píng)價(jià)了仿生礦化絲素蛋白水凝膠的生物相容性。
　　研究結(jié)果表明：鈣離子的存在是絲素蛋白水凝膠仿生礦化的必要條件，當(dāng)鈣離子濃度較低時(shí)，礦化反應(yīng)基本上不發(fā)生或者反應(yīng)緩慢。當(dāng)鈣離子濃度過(guò)高時(shí)，礦化迅速，絲素凝膠對(duì)磷酸鈣礦物的調(diào)控作用不明顯。只有當(dāng)鈣離子濃度適量時(shí)，磷酸鈣晶體受到絲素凝膠

4、調(diào)控作用沿著絲素孔洞壁定向生長(zhǎng)。實(shí)驗(yàn)過(guò)程證明絲素凝膠對(duì)晶體定向成核和生長(zhǎng)起到至關(guān)重要的作用。XRD和FTIR分析表明絲素水凝膠中仿生礦化制備的晶體為羥基磷灰石。TG分析數(shù)據(jù)顯示對(duì)應(yīng)于礦化0.5h，2h，12h，24h，72h的絲素水凝膠其礦物剩余量分別是33.8，36.6，37.4和38.8％。仿生礦化后的絲素凝膠比空白絲素凝膠表現(xiàn)出更好的壓縮強(qiáng)度。對(duì)不同礦化時(shí)間的礦化產(chǎn)物進(jìn)行表征，結(jié)果表明：礦物相含量、晶相的結(jié)晶度和凝膠的壓縮模量均隨

5、著礦化時(shí)間的延長(zhǎng)而增加。不同的可溶性功能分子對(duì)蠶絲蛋白仿生礦化過(guò)程有不同的影響。當(dāng)利用檸檬酸和絲膠作為可溶性功能分子對(duì)絲素凝膠中磷酸鈣礦化過(guò)程進(jìn)行調(diào)控時(shí)，TG數(shù)據(jù)顯示對(duì)應(yīng)于SF-30-24h，SF-30-24h-CA，SF-30-24h-SS的絲素水凝膠其礦物剩余量分別是38.7％，37.1％和34.9％，證明檸檬酸和絲膠的引入均抑制了羥基磷灰石晶體的生長(zhǎng)，且絲膠的抑制作用強(qiáng)于檸檬酸。通過(guò)體外復(fù)合培養(yǎng)MG-63細(xì)胞，觀察到MG-63細(xì)胞

6、能在仿生礦化絲素水凝膠中正常地粘附、延伸、增殖、分化，并有早期的骨界面的形成。說(shuō)明本實(shí)驗(yàn)制得的生物復(fù)合材料具有良好的骨細(xì)胞相容性，且其骨細(xì)胞相容性隨著礦化產(chǎn)物中礦物含量增加而增強(qiáng)，同時(shí)，可溶性功能分子的引入也增強(qiáng)了材料的相容性。
　　本實(shí)驗(yàn)制備的仿生礦化絲素蛋白水凝膠因其有機(jī)-無(wú)機(jī)復(fù)合結(jié)構(gòu)，克服了羥基磷灰石無(wú)機(jī)材料脆性大，絲素蛋白有機(jī)材料骨生物活性差的缺點(diǎn)。利用絲素蛋白水凝膠仿生礦化得到結(jié)構(gòu)可控、機(jī)械性能和生物相容性優(yōu)異的絲素蛋白