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仿生修复牙釉质和牙本质的研究

发布时间:2022-01-16 01:20
  生物复合材料牙齿具有特殊的结构和优异的机械性能。其中,牙釉质和牙本质是高度矿化的硬组织,它们的微观结构和组成是不同的。牙釉质是最外面的一层,主要起保护作用,而牙本质存在于内部,其比牙釉质具有更好的韧性且可以抑制外力产生的裂缝从釉质扩散至牙本质层。牙釉质的矿物相主要是羟基磷灰石(HAP)晶体,在釉柱相互平行且紧密结合在一起,釉柱和内部釉柱相互交织,形成了多级结构并赋予釉质优异的机械强度。釉质是非细胞组织,在损伤以后几乎无法自我修复。仿生矿化修复釉质是目前一种非常有效的策略。许多证据表明生物矿物在形成中会形成一个矿化前沿:一个完整的连续的结晶-无定型界面,结晶的矿物相表面覆盖着其对应的无定型前驱相,确保连续结构的构建。受生物这个过程的启发,我们在使用磷酸钙离子团簇(CPICs)成功的在釉质表面构建了这样一个仿生的矿化前沿。在乙醇体系中我们以三乙胺小分子作为稳定剂大量制备得到了稳定的磷酸钙离子团簇。不同于高分子稳定的磷酸钙离子团簇,三乙胺作为稳定剂可以完全去除,诱导磷酸钙离子团簇聚集融合形成一个结构连续的整体。通过离子团簇在釉质表面成功构建了一个从釉质晶体到无定型前驱体之间的连续结构,随后釉... 

【文章来源】:浙江大学浙江省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校

【文章页数】:126 页

【学位级别】:博士

【部分图文】:

仿生修复牙釉质和牙本质的研究


图1.1生物矿化中结晶的调控示意图

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浙江大学博士学位论文???第一章绪论??Nanocrystais??/?nanopartlcles??/?X?^?^\??/?/?Amorphous?nanoparticles?\?▼?\??//\^?^?^^\\\??\\{/^^?°"g〇merS???by?-?monomer?c〇^^; ̄ ̄ ̄???????■?irnrrp_?丨丨??l〇nSat〇ms,?pr〇8ress?Bulkcrystel??molecules??图1.3非传统的晶体生长示意图。对比通过单体-单体(包括离子-离子,原子-原子,??分子-分子)形成的传统晶体生长过程,非传统的晶体生长方式主要是以低聚物、液态前??驱体、无定型颗粒、多离子复合物、结晶颗粒等为单元通过聚集的形式生长[381。??在自然界中,生物矿化过程形成无机矿物其本质是无机物的成核结晶。由于生物系统??是复杂的且有多种物质参与调控,使其不同于单一的溶液体系,这也使得矿物的成核结晶??可能涉及多个途径而不是单一途径,目前关于矿物的形成研究已经很多,但是有些问题仍??然不能用目前已经建立的理论来阐述[37¥]。对生物矿化的深入理解,有利于我们制备出具??有优异性能的复合材料如人工贝壳[41],以及利用仿生矿化的策略来修复牙齿[42]。??1.3生物矿物——牙齿??牙齿是自然界最硬的生物矿化组织,其从外到内主要为牙釉质,牙本质,牙髓(图??1.4,引用自维基百科)。牙齿最重要的作用在于咀嚼食物,而且动物会根据食入的食物不??同,会进化出具有不同结构的牙齿[43],例如牙釉质的厚度不一样,微观结构上的区别。牙??釉质和牙本质都是矿化的硬俎织,但是牙釉质比牙

牙齿,釉质


浙江大学博士学位论文???第一章绪论??y牙轴质??牙本质??Li?|?/?.?-????图1.4牙齿的解剖图。??1.3.1牙釉质的矿化过程、结构及力学性能??牙釉质是脊椎动物中矿化程度最高的硬组织,其主要由96%的HAP,1%的有机物和??3%的水组成^也是牙齿最外面的保护层,其厚度l-2mm,具有卓越的生物功能以及复??杂的层级结构。研究牙釉质的矿化过程对于理解生物矿化具有非常大的意义,对于釉质的??修复也是非常有指导意义的。从生物学的角度来理解,釉质形成(amelogenesis)包括两??个阶段:细胞分泌有机基质,并立即开始矿化,且矿化达到30%。这一阶段结束,釉质进??一步矿化,晶体变宽、变厚,与此同时大部分的有机基质和水被吸收,最后釉质完全形成。??釉质形成是一个典型的生物矿化模型,其中涉及生物体的细胞和细胞外有机基质、蛋白质??和无机离子调控无机矿物的成核、生长和组装[1,2'??在釉质的矿化过程中参与的蛋白质可以分为两大类:牙軸蛋白(amelogenin)和非牙??釉蛋白(non-amelogenin)?[45]。牙釉蛋白是在釉质形成时参与的最主要的蛋白质,它是成??釉细胞所分泌的,在调控釉质晶体成核生长时起到了最关键的作用在釉质的发育过程??中,牙釉蛋白占发育中釉质基质蛋白的80-90%,即使在成熟的牙釉质中也占有机物的90%??以上。人类的牙釉蛋白含178个氨基酸,其中富含大量的脯氨酸、谷氨酸、组氨酸和亮氨??酸。牙釉蛋白是疏水性大分子,但在其C-端含有一系列的亲水性的氨基酸残基。在水溶??液中,调节溶液的pH和离子强度诱导牙釉蛋白分子聚集形成单分散的纳米球[4648],其中??8??


本文编号:3591655

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