微重力對膠原纖維化和羥基磷灰石晶體生長的影響研究.pdf

1、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(jī)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(jī)礦物的主要成分之一，生物大分子通過對無機(jī)礦物質(zhì)在無機(jī)/有機(jī)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(diǎn)，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

2、有助于明晰空間航天員骨質(zhì)流失發(fā)生機(jī)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(shí)驗(yàn)環(huán)境的特點(diǎn)，探索適宜的用于物質(zhì)輸運(yùn)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(jī)，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(jī)的觀測精確性與可靠性進(jìn)行了檢驗(yàn)。未來，該原理樣機(jī)將用于空間HAP晶體生長過程中的

3、物質(zhì)輸運(yùn)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

4、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-IR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SE

5、M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

6、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