《生物礦化中的自組裝及硬組織仿生修復》是依託浙江大學，由唐睿康擔任項目負責人的重大研究計畫。
基本介紹
- 中文名：生物礦化中的自組裝及硬組織仿生修復
- 依託單位：浙江大學
- 項目負責人：唐睿康
- 項目類別：重大研究計畫
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
生物礦物具有獨特的材料學性能和功能，例如骨和牙的主要成分是羥基磷灰石晶體卻兩者具有不同的生物力學性能，其原因是生物體能控制礦物晶體進行不同形式的組裝並構建取向各異的結構複合體，也就是通過組裝調控賦予材料特定的功能。生物礦化研究核心是理解生命體系如何實現對無機礦物組裝的高效調控。該課題將探索生物礦化中納米材料的組裝規律，通過組裝單元（磷酸鈣納米顆粒）、組裝調控體（有機分子）和組裝基底（礦化模板）間的相互作用了解仿生礦化自組裝過程及其調控機制。鑒於骨和牙早期礦化組織往往具有無定形相特徵，我們特別關注有機分子對無定形前驅相結晶和組裝的控制、構建基於相轉化的納米自組裝模型。該工作可以指導有機-無機高性能材料的仿生製備，最終獲得具有高度類骨和類牙結構特徵和功能的人工磷酸鈣材料，並為骨和牙的生物硬組織仿生修復提供基於材料自組裝的全新策略。
結題摘要
我們按照研究計畫有序地開展相應工作，完成了預定的研究目標並取得了很好的階段性成果。我們對生物礦化中有機-無機交替結構的形成機制開展了多層次的研究，發現通過有機-無機複合台階的螺旋生長可以構建出層狀有機-無機複合晶體，通過傳統的晶體螺旋生長理論進行了合理的解釋，並以此成功構建出具有手性螺旋的有機-無機複合體。通過對這一自組裝過程的理解，我們完成了對牙本質的仿生礦化，能夠仿生重構有序的礦化膠原結構從而改善牙修復。此外，我們進一步在病毒表面上開展礦物的仿生組裝構建人工殼結構，通過對組裝外殼的調控賦予生物體更多的性能，提出了生物仿生殼工程化的新概念。主要代表性工作如下： 1、利用仿生礦化實現了牙本質組織的修復。完成修復後的組織在結構和功能上和天然牙本質十分接近，這為仿生礦化組裝在生物醫學中套用發展提供了良好的研究基礎。該工作的亮點是我們選用聚丙烯酸作為模型分子，發現有機基質在礦化過程中對無定形前驅體具有很好的穩定作用，證實了我們在任務書中所提及的生物礦化組裝是“無定形相—晶體相—有機基質”三者協同過程。 2、生物礦化中組裝行為可以遵循傳統的晶體長機制，有機分子和無機礦物構成複合台階開展螺旋生長，其中有機分子在構建層結構的過程中具有兩種不同的傾斜組裝行為。受到體系扭折能量的限制，其自組裝行為只能局限於相同傾斜行為的分子中從而構建出生長台階進行螺旋生長，而有機-無機螺旋體的手性方向則取決於有機分子的有序傾斜，這一工作為手性礦物的產生提供一個很好的機制解釋。 3、提出在生物活體系上實現材料的納米組裝和功能化這具有亮點和特點的研究新構思。我們成功地誘導並控制了磷酸鈣納米晶相在病毒疫苗表面的礦化和組裝從而構建出無機殼，獲得了疫苗@磷酸鈣的新型結構複合體。和仿生礦化修復牙本質的工作相類似，我們利用有機基質及多肽調控無機礦物相的形成和原位組裝，精確控制人工殼層的形成，在不影響疫苗原有的生物免疫特徵的基礎上可在室溫條件下進行保存，因此被稱為“不需要冰櫃的疫苗”。還類似，利用仿生組裝外殼掩蔽紅細胞的ABO抗原，實現了“通用紅細胞”。
