中文4790字纤维蛋白-磷灰石复合材料的仿生制备RuiYoh,TakuyaMatsumoto,Jun-ichiSasaki,TaijiSohmura摘要：双向扩散的Ca和PO4的溶液加入到纤维蛋白凝胶中，在不同pH条件下和氟离子的浓度进行仿生矿化反应生成有机/无机模仿生物矿化复合材料。
        在这个系统中产生的矿物比在溶液矿化系统中产生的矿物具有较高的结晶度。
        在纤维蛋白凝胶中由于pH条件不同生成的矿物也不同，如下所示：当不受酸碱约束下获得的矿物是DCPD；当PH是7.4时，获得的矿物是DCP每个溶液中Ca离子浓度使用先前描述一种方法原子吸收分光光度计测定。在凝胶中矿物溶解度被定义为被洗提Ca离子含量与组成凝胶中初次Ca含量比值。结果体外纤维蛋白凝胶矿化过程矿化作用后，一个白色矿物沉淀（能带）在纤维蛋白凝胶中被观察了分钟，然而在矿化凝胶系统溶液中，当Ca溶液被滴加到PO溶液中立即就观察到白色沉淀。最初，在纤维素凝胶矿物沉淀被观察了在Ca溶液被倒区域（C边）,和能带区域然后扩大为这PO溶液被倒区域（P边）。最后，小时后凝胶体全变白了。如图（B）在矿化前凝胶PH为.，在表一条件下凝胶系统PH值在小时后将会增加。表一矿化小时后纤维凝胶系统PH值条件PH值矿化之前纤维凝胶.+_.不受酸碱约束.+.PH为..+.PH为..+.矿化产品评价利用XRD分析可以了解在不同PH条件下矿物性能。在矿化系统溶液在不受约束酸碱质条件之下获得矿产品是二水磷酸氢钙（DCPD），在PH为.时获得是磷酸八钙（数。在组织工程学上使用纤维蛋白凝胶是非常有益，这是因为它具有生物相容性和生物降解性。更重要是纤维蛋白能够从个人周围血提取，因此在这次研究中我们选择纤维蛋白作为有机成分。在这次研究中，在不同条件下，我们使用纤维蛋白凝胶进行体外矿化和研究在凝胶中生成矿物性能是为了获得无机成分在有机或无机复合材料中多样性特点。材料和方法体外纤维蛋白凝胶矿化过程凝胶扩散系统制备过程如下：纤维蛋白（mg/mL)和凝血酶溶液（.单位/mL）以:比例混合均匀。取μL溶液倒入聚乙烯试管（直径=mm）在。C保温箱中放置分钟以便于凝胶。mM(CHCOO)Ca.HO和mMNHHPO溶液以相反方向倒入以制好凝胶促进矿化作用，如图一所示。整个系统在保温箱内维持。C放置天。Ca溶液和PO溶液初始PH分别为.和..为了研究溶液PH在矿化过程中影响，通过添加HCl和NaOH分别调节两个溶液PH值到.和..在每一个矿化情况下测定纤维蛋白凝胶PH了解矿化前后PH变化。研究氟化物在矿化作用中影响，-ppmHF被加入到PO溶液中。为了控制整个溶液系统矿化作用，在。C下mLCa溶液直接倒入mLPOmL。矿化产品评价矿化作用后，将凝胶系统在室温下风干h，然后将获得产品用粉末X射线衍射分析法鉴定产品。（）高度一半值被认为是制矿物结晶度指数。矿物沉淀现象和晶体形态用扫描电子显微镜观察。对于扫描电子显微镜观察时，在以矿化纤维蛋白凝胶中加入多聚甲醛，然后用磷酸盐缓冲溶液洗涤六次后在加入OsO再用磷酸盐缓冲溶液洗涤六次，最后用浓度达到de乙醇进行脱水。凝胶用CO在临界温度干燥分钟图（A）示意图凝胶扩散系统：Ca+和PO-在凝胶系统中以相反方向扩散到纤维蛋白胶，以促进凝胶矿化。（B）纤维蛋白凝胶尺寸：mm.mm（直径厚度）：（a）纤维蛋白凝胶（b）矿化小时（c）矿化天溶解度测定为了评价制样品生物降解性，我们进行了体外溶解度测定实验。样品浸入到PH为.浓度为.moL/LmL醋酸盐缓冲溶液中，在。C下保温天，剩下样品被完全溶解在mLHCl溶液中，每个溶液中Ca离子浓度使用先前描述一种方法原子吸收分光光度计测定。在凝胶中矿物溶解度被定义为被洗提Ca离子含量与组成凝胶中初次Ca含量比值。结果体外纤维蛋白凝胶矿化过程矿化作用后，一个白色矿物沉淀（能带）在纤维蛋白凝胶中被观察了分钟，然而在矿化凝胶系统溶液中，当Ca溶液被滴加到PO溶液中立即就观察到白色沉淀。最初，在纤维素凝胶矿物沉淀被观察了在Ca溶液被倒区域（C边）,和能带区域然后扩大为这PO溶液被倒区域（P边）。最后，小时后凝胶体全变白了。如图（B）在矿化前凝胶PH为.，在表一条件下凝胶系统PH值在小时后将会增加。表一矿化小时后纤维凝胶系统PH值条件PH值矿化之前纤维凝胶.+_.不受酸碱约束.+.PH为..+.PH为..+.矿化产品评价利用XRD分析可以了解在不同PH条件下矿物性能。在矿化系统溶液在不受约束酸碱质条件之下获得矿产品是二水磷酸氢钙（DCPD），在PH为.时获得是磷酸八钙（图.当pH.氟化物浓度不同时，在纤维蛋白胶中所获得矿物结晶度（■）和溶解度（●）。结晶度定义为在（）峰逆半值宽度，在凝胶矿物质溶解度定义为在复合凝胶中钙离子洗脱含量比最初钙含量。讨论在过去几十年中，为了改善有机/无机复合材料机械性能，生物降解性，生物相容性，许多研究已经开始进行了。本次研究中，我们建立了一个制备有机/无机纤维蛋白方法：通过使用钙溶液和PO溶液双向扩散方式制成纤维蛋白胶。我们也证明了这种复合材料矿物相特征可通过改变pH值和氟离子浓度而控制。首先，我们比较了在凝胶扩散系统和溶液系统中形成矿物特征。在凝胶扩散系统中生成矿物结晶度比在溶液中生成系统中较高。纤维蛋白胶是由一个个小纤维网络结构组成，在凝胶系统中这种结构可能减轻离子扩散速率和促进晶体增长。在不含氟离子情况下，在凝胶扩散系统中，当不受酸碱约束下获得矿物是DCPD；当PH是.时，获得矿物是DCPD和OCP混合物；当PH是.时，获得矿物是OPD和HAP混合物。以前报告表明DCPD合成最适当pH值条件是酸性，对于OCP，它是中性偏弱酸性，对于HAP，它是中性偏弱碱性。在矿化期间，凝胶系统pH值下降可能是由于目前产生结果造成。虽然当PH为.时，在矿化中可以获得羟基磷灰石类矿物，但是获得矿物结晶度仍然很低。为了控制生成矿物结晶度，我们研究了在凝胶系统中氟离子对矿化作用影响。有趣是，当氟离子浓度为ppm时，无论PH值为多少，X射线衍射轮廓表明HAP/FAP类均具有高结晶度。这一结果表明，氟离子可促进磷灰石晶体稳定性和抑制以形成晶体变形和水化。由于在生物硬组织中氟离子浓度较高，而且在牙釉质形成期阶段氟离子吸收量也是最高。我们结果也证实了猜想：在生物矿化过程中，增强羟基磷灰石生物矿化结晶度，氟化物含量是一个关键因素。然后，我们研究了在凝胶系统中氟离子浓度对矿物形成影响。随着氟离子浓度从-增加，凝胶系统中矿物特征也在改变，从在OCP/HAP复合材料到HAP/FAP复合材料。随后，当氟离子浓度超过ppm时，凝胶系统中将会形成氟化钙。在有机/无机复合材料中控制无机相结晶度和溶解度将有利于其降解调控，因为纤维蛋白胶具有生物降解性能。为了了解这种复合材料结晶度和溶解度之间关系，我们研究了当氟离子浓度（-ppm）变化时，该材料不同矿物形成溶解度。所获得矿物结晶度随着氟离子浓度增加而提高，以及溶解度表现出与结晶度负相关关系。在骨组织再生过程中，最重要是要控制新植入骨组织生物降解性材料生物降解性。我们建立了一种新仿生材料制备方法，纤维蛋白和钙磷酸盐复合。并显示矿物特征和结晶度可以有制备条件控制。这种有机/无机材料在矿化过程中多样特征将有助于理想骨组织再生过程控制其生物降解性以配合适治疗。图，在pH.，氟化物浓度为ppm时，晶体生长扫描电镜图像，（A）纤维蛋白凝胶；B）分钟矿化后；（C）分钟矿化后；（D）小时矿化后。图，在pH.，氟化物浓度为不同时矿物晶体扫描电镜图像：（A）ppm，（B）ppm，（C）ppm，（D）ppm数。在组织工程学上使用纤维蛋白凝胶是非常有益，这是因为它具有生物相容性和生物降解性。更重要是纤维蛋白能够从个人周围血提取，因此在这次研究中我们选择纤维蛋白作为有机成分。在这次研究中，在不同条件下，我们使用纤维蛋白凝胶进行体外矿化和研究在凝胶中生成矿物性能是为了获得无机成分在有机或无机复合材料中多样性特点。材料和方法体外纤维蛋白凝胶矿化过程凝胶扩散系统制备过程如下：纤维蛋白（mg/mL)和凝血酶溶液（.单位/mL）以:比例混合均匀。取μL溶液倒入聚乙烯试管（直径=mm）在。C保温箱中放置分钟以便于凝胶。mM(CHCOO)Ca.HO和mMNHHPO溶液以相反方向倒入以制好凝胶促进矿化作用，如图一所示。整个系统在保温箱内维持。C放置天。Ca溶液和PO溶液初始PH分别为.和..为了研究溶液PH在矿化过程中影响，通过添加HCl和NaOH分别调节两个溶液PH值到.和..在每一个矿化情况下测定纤维蛋白凝中文字纤维蛋白-磷灰石复合材料仿生制备RuiYoh,TakuyaMatsumoto,Jun-ichiSasaki,TaijiSohmura摘要：双向扩散Ca和PO溶液加入到纤维蛋白凝胶中，在不同pH条件下和氟离子浓度进行仿生矿化反应生成有机/无机模仿生物矿化复合材料。在这个系统中产生矿物比在溶液矿化系统中产生矿物具有较高结晶度。在纤维蛋白凝胶中由于pH条件不同生成矿物也不同，如下所示：当不受酸碱约束下获得矿物是DCPD；当PH是.时，获得矿物是DCPD和OCP混合物；当PH是.时，获得矿物是OPD和HAP混合物。当氟离子浓度在-ppm变化时，在PH是.时，凝胶系统中产生矿物也在改变，从OCP/HAP复合材料转变为HAP/FAP复合材料。此外，所获得矿物结晶度随随氟离子在增加而增加，同时晶度和溶解度呈负相关关系。总之，我们建立了新有机/无机复合材料合成方法，这种材料是由纤维蛋白和钙磷酸盐组成，同时表明合成矿物特征可由制备条件控制。关键词：仿生材料，生物矿化，钙磷酸盐，水凝胶，氟离子引言经过深入研究表明，在骨组织工程学领域，有机或者无机复合材料与骨组织具有良好生物相容性，能够提高它们机械性能和促进骨组织再生。大多数有机或无机复合材料都是几种简单有机或无机材料经过复合制备，但是模拟生物硬组织复合材料制备方法并没有被很好介绍。生物硬组织，例如骨骼和牙齿釉质，是在细胞外基质（ECM）中钙磷酸盐环境中经过成核，晶体生长而形成。例如，骨钙蛋白或者别非胶原蛋白，是通过典型I胶原质化学连接，它们和羟基磷灰石（HAP）具有良好生物相容性。在釉质形成过程中，自我组成纳米釉源蛋白调节磷灰石晶体形态，因此，ECM扮演中重要角色，它不仅提供场所供矿物结晶沉淀而且对于生物硬组织生长能够控制生物矿物成核，结晶形态和结晶方向。在多样水凝胶方向，一些研究已经开始使用钙化系统和尝试了解基质蛋白在生物矿化过程中作用。例如Boskeyetal曾建立了动物胶和琼脂糖胶扩散系统，证明非胶原蛋白在HAP制备过程中起到促进还是抑制作用。Hunteretal.曾使用丙烯酰胺凝胶研究它在体外矿化过程。因此在有机基质中矿物形成被认为是模拟生物硬组织生长矿化方法一种。这些有机或无机复合材料经过仿生过程制备可能对于骨组织工程学研究有非常大作用。但是在以上提到凝胶系统中无机相制备大多数是由结晶度低磷灰石组成。在骨组织工程中，控制好无机相在复合材料中性能是非常必要，这是因为材料在医学治疗应用上需要一些特别性能如可吸收性。为了控制好这些无机材料性能，我们尝试在不同条件下制备复合材料。在HAP中加入氟化物能够提高材料稳定性，这是通过在晶格中用氟离子取代氢氧离子。氟离子在血清中浓度为–.ppm，但是在骨组织中浓度提高到ppm，釉质中达到-ppm。因此，对于生物硬组织生长过程中，氟化物在调节矿物性能上显然起到关键作用。除此之外，在矿化过程中，PH也是一个重要因素。因此在矿化过程中，控制复合材料中无机性能这些因素都是非常重要参数。在组织工程学上使用纤维蛋白凝胶是非常有益，这是因为它具有生物相容性和生物降解性。更重要是纤维蛋白能够从个人周围血提取，因此在这次研究中我们选择纤维蛋白作为有机成分。在这次研究中，在不同条件下，我们使用纤维蛋白凝胶进行体外矿化和研究在凝胶中生成矿物性能是为了获得无机成分在有机或无机复合材料中多样性特点。材料和方法体外纤维蛋白凝胶矿化过程凝胶扩散系统制备过程如下：纤维蛋白（mg/mL)和凝血酶溶液（.单位/mL）以:比例混合均匀。取μL溶液倒入聚乙烯试管（直径=mm）在。C保温箱中放置分钟以便于凝胶。mM(CHCOO)Ca.HO和mMNHHPO溶液以相反方向倒入以制好凝胶促进矿化作用，如图一所示。整个系统在保温箱内维持。C放置天。Ca溶液和PO溶液初始PH分别为.和..为了研究溶液PH在矿化过程中影响，通过添加HCl和NaOH分别调节两个溶液PH值到.和..在每一个矿化情况下测定纤维蛋白凝胶PH了解矿化前后PH变化。研究氟化物在矿化作用中影响，-ppmHF被加入到PO溶液中。为了控制整个溶液系统矿化作用，在。C下mLCa溶液直接倒入mLPOmL。矿化产品评价矿化作用后，将凝胶系统在室温下

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