有機(jī)小分子調(diào)控磷酸鈣晶體生長(zhǎng)研究.pdf

1、設(shè)計(jì)合成具有特殊形貌和結(jié)構(gòu)的無(wú)機(jī)材料，由于其特定的物理化學(xué)性能及生物學(xué)效應(yīng)，而得到廣泛關(guān)注及研究。磷酸鈣作為人體硬組織主要無(wú)機(jī)成分，具有良好的生物相容性和生物活性，因而廣泛應(yīng)用于骨組織修復(fù)領(lǐng)域。磷酸鈣晶體的形貌、大小及化學(xué)組成等性質(zhì)會(huì)顯著影響磷酸鈣材料的物理化學(xué)性能（如:溶解性、熱穩(wěn)定性及機(jī)械性能等）及生物學(xué)效應(yīng)（如蛋白吸附性能、細(xì)胞行為等）。特別是具有微納米結(jié)構(gòu)的磷酸鈣材料，因其較大的比表面積，能顯著增強(qiáng)材料的蛋白吸附及促進(jìn)細(xì)胞生長(zhǎng)。

2、因此，在微納米尺度上調(diào)控磷酸鈣形貌及結(jié)構(gòu)具有重要意義。
　　本文采用仿生合成的方法，創(chuàng)新性的利用結(jié)構(gòu)對(duì)稱、所含官能團(tuán)不同的有機(jī)小分子作為形貌控制劑，在水熱條件下實(shí)現(xiàn)了對(duì)磷酸鈣生長(zhǎng)過(guò)程的有效調(diào)控，從而成功制備出具有不同表面微納結(jié)構(gòu)的磷酸鈣粉體及涂層。同時(shí)，對(duì)有機(jī)小分子調(diào)控磷酸鈣晶體生長(zhǎng)過(guò)程進(jìn)行研究分析。此外，還對(duì)不同微納米結(jié)構(gòu)磷酸鈣粉體及涂層的蛋白吸附性能及細(xì)胞行為影響進(jìn)行考察。在此基礎(chǔ)上，我們還考察了低劑量微量元素銅對(duì)磷酸鈣生長(zhǎng)過(guò)

3、程及性能的影響，以期提高骨修復(fù)效率。主要內(nèi)容及結(jié)果歸納如下:
　　首先，在水熱條件下，以尿素為沉淀劑，通過(guò)對(duì)反應(yīng)溫度、時(shí)間、尿素含量等參數(shù)的考察，研究各種參數(shù)條件尿素對(duì)磷酸鈣晶體生長(zhǎng)的影響，得出制備晶形完整及結(jié)晶度高的羥基磷灰石(HA)晶體的反應(yīng)參數(shù)。150℃下，以尿素小分子為沉淀劑，濃度為0.56 M，反應(yīng)3h，制備出寬度約1μm，長(zhǎng)徑比為50～100，且結(jié)晶度高的HA晶須，并對(duì)尿素調(diào)控形成HA晶須的機(jī)理進(jìn)行分析推測(cè)。
　

4、　接著，在水熱條件下，以尿素為沉淀劑，研究肌醇六磷酸(IP6)、環(huán)己六醇(IS)和環(huán)己烷六羧酸(H6L)這三種分子結(jié)構(gòu)相似，但所含官能團(tuán)不同的有機(jī)小分子對(duì)磷酸鈣生長(zhǎng)的影響。結(jié)果表明:當(dāng)IP6濃度大于1.7％時(shí)，產(chǎn)物為表面由納米結(jié)構(gòu)組成的空心微球，且隨著IP6濃度上升，微球表面納米結(jié)構(gòu)從片狀向線狀，進(jìn)而向球粒狀轉(zhuǎn)變;溶液中添加IS后，晶須狀HA發(fā)生軟團(tuán)聚，聚集成簇;溶液中添加H6L后，隨著H6L濃度增加，晶須狀HA向花瓣?duì)钇瑺罹奂镛D(zhuǎn)變，

5、進(jìn)而轉(zhuǎn)變?yōu)椴煌{米結(jié)構(gòu)組成的空心微球。對(duì)空心微球形成過(guò)程進(jìn)行透射電鏡(TEM)、X射線衍射(XRD)和紅外(FITR)檢測(cè)，證實(shí)IP6調(diào)控形成的空心微球與H6L調(diào)控形成空心微球過(guò)程相似，均以“無(wú)定形納米微球”為模板，鈣磷離子以此模板為基礎(chǔ)發(fā)生自組裝，形成HA晶體，內(nèi)部“無(wú)定形納米微球”消失，形成HA空心微球。同時(shí)，選擇磷酸鈣粉體進(jìn)行蛋白吸附實(shí)驗(yàn)表明，磷酸鈣粉體的微納米結(jié)構(gòu)對(duì)蛋白質(zhì)具有選擇性吸附，且具有微納米結(jié)構(gòu)的磷酸鈣對(duì)蛋白質(zhì)的釋放起到

6、緩釋作用。細(xì)胞實(shí)驗(yàn)表明，與片狀HA相比，微球狀HA更有利于骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞(BMSCs)的增殖、分化。
　　在此基礎(chǔ)上，鑒于微量元素銅在骨組織生長(zhǎng)過(guò)程中的重要性及促血管發(fā)生、抗菌等功能，在磷酸鈣合成過(guò)程中添加銅離子，從而合成新型磷酸鈣功能材料。X射線光電子能譜(XPS)檢測(cè)及HA晶格參數(shù)變化表明銅離子取代部分鈣離子進(jìn)入HA晶格。銅離子的摻入，會(huì)加快磷酸鈣粉體的降解，也會(huì)影響磷酸鈣的生長(zhǎng)習(xí)性，生成花瓣?duì)顡姐~HA微球。且當(dāng)溶液中銅離子

7、加入量高于5％時(shí)，HA產(chǎn)物熱穩(wěn)定性下降。當(dāng)IP6濃度低于1％時(shí)，銅離子與IP6對(duì)磷酸鈣的生長(zhǎng)起到協(xié)同調(diào)控的作用。細(xì)菌實(shí)驗(yàn)表明，當(dāng)溶液中銅離子加入量高于5％時(shí)，材料對(duì)大腸桿菌和金黃色葡萄球菌具有較好的抗菌作用。細(xì)胞實(shí)驗(yàn)表明，摻銅磷酸鈣對(duì)細(xì)胞沒(méi)有明顯的毒性，且對(duì)BMSCs的生長(zhǎng)沒(méi)有顯著影響。
　　然后，在水熱條件下，利用H6L輔助磷酸鈣在支架表面沉積。隨著H6L濃度增加，沉積在HA支架表面磷酸鈣晶體由片狀向線狀，繼而向球狀轉(zhuǎn)變。且沉積

8、磷酸鈣涂層的HA支架較裸支架有明顯的鈣離子釋放，且釋放速率為:球狀＞線狀＞片狀。支架吸附蛋白實(shí)驗(yàn)表明，具有微納結(jié)構(gòu)表面的支架其蛋白吸附性能優(yōu)于裸支架。細(xì)胞實(shí)驗(yàn)表明，支架表面微納米結(jié)構(gòu)對(duì)細(xì)胞ALP活性表達(dá)影響不同。細(xì)胞在球形磷酸鈣晶體表面的ALP活性最高，線狀及片狀磷酸鈣晶體次之，在裸支架表面最低。
　　綜上所述，有機(jī)小分子的加入能有效調(diào)控磷酸鈣的生長(zhǎng)，合成具有不同微納米結(jié)構(gòu)的磷酸鈣粉體及涂層;不同微納米結(jié)構(gòu)的磷酸鈣對(duì)蛋白質(zhì)具有選擇