血清中摻矽生物陶瓷表面類骨磷灰石形成機制研究

《血清中摻矽生物陶瓷表面類骨磷灰石形成機制研究》是依託華南理工大學，由鄧春林擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：血清中摻矽生物陶瓷表面類骨磷灰石形成機制研究
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：鄧春林
• 依託單位：華南理工大學

項目摘要

生物材料植入動物體內後，表面將形成一層與骨無機成分相似的類骨磷灰石，該物質能增強成骨細胞的黏附、分化和膠原纖維的分泌、礦化。類骨磷灰石的形成與體液中蛋白質在生物材料表面的特異性吸附及其化學反應有著直接關係。 材料對蛋白質的特異性吸附與材料表面對蛋白質的結合位點及蛋白質的特性相關；材料中的矽以及材料表面拓撲結構有利於水、離子、蛋白等生物分子在材料表面吸附，影響表面類骨磷灰石的形成；特徵蛋白質參與材料表面溶解沉積行為並進入表面類骨磷灰石層。 然而，材料中的矽對其生物活性提高機理、材料表面對蛋白的特異性吸附機理，以及蛋白對類骨磷灰石層形成的作用機理均有待深入研究。 該項目以與體液成分最為接近的血清作為浸泡液，考查血清中經活化處理的摻矽鈣磷陶瓷表面類骨磷灰石形成情況；探討陶瓷表面血清蛋白質構象變化；研究血清中蛋白質對表面類骨磷灰石的調控機理，為高生物活性類骨磷灰石表面製備提供理論依據。

結題摘要

類骨磷灰石的形成與體液中蛋白質在材料表面的特異性吸附及其化學反應有著直接關係。蛋白質在材料表面的吸附行為與基材表面性質及蛋白質特性相關。研究蛋白質-材料表面相互作用的影響機制有助於進一步揭示生物礦化的機制，為高生物活性類骨磷灰石表面製備提供理論依據。 本項目以摻矽生物陶瓷表面類骨磷灰石形成機制為研究主線，圍繞元素摻雜生物活性粉體及陶瓷的製備、生物陶瓷活化表面構建，活性表面與血清中蛋白質相互作用，以及在其表面類骨磷灰石形成機制等四個方面開展研究工作。 （1）項目研究製備了矽/鍶/硒等元素摻雜的磷酸鈣生物活性納米粉體及陶瓷。研究發現：①各元素摻雜的生物陶瓷均具有良好的生物活性；②摻矽有利於HA分解形成α-TCP，矽摻雜促進HA表面礦化成核，提高生物陶瓷骨誘導能力；③摻鍶有利於HA分解形成β-TCP，通過調控摻雜量可精確控制HA/TCP的相比例變化，且鍶的摻入可以增強生物陶瓷的力學性能；④少量硒的摻入提高了HA的高溫穩定性，抑制癌細胞的增殖。 （2）項目通過對生物陶瓷表面進行改性，製備了不同粗糙度、不同組分的具有不同種類表面/界面及礦化性能的材料。研究發現，①通過控制HA前驅體中矽摻雜濃度，並結合水熱預處理方法，可調控生物陶瓷表面不同直徑晶須的生長；②等離子噴塗後陶瓷表面形成了微米球狀顆粒，並附著有大量非晶相及磷酸鈣雜相納米顆粒，為構造高生物活性表面提供了基礎；③表面塗層組分和結構的不同以及血清的種類不同對類骨磷灰石層在體液中的沉積形貌和結構會產生影響。 （3）項目研究了蛋白質在材料表面的吸附行為及蛋白質對活化陶瓷表面形成類骨磷灰石層的影響。研究表明，①蛋白質的吸附行為不僅與蛋白質的性質相關，而且也受材料表面性質的影響；靜電作用是影響蛋白質吸附行為的關鍵因素。②在礦化過程中，蛋白質在不同的條件下具有不同的礦化作用，與蛋白質的種類、構象變化、帶電荷情況以及溶液微環境等有關。③蛋白質吸附層能夠調控材料表面無機礦物晶體的成核、生長、晶型和取向，最終影響植入材料的生物相容性和生物活性。