大孔介孔硅纳米颗粒负载仿生矿化前驱体进行胶原纤维内矿化的研究

发布时间：2017-08-09 00:10

  本文关键词：大孔介孔硅纳米颗粒负载仿生矿化前驱体进行胶原纤维内矿化的研究

  更多相关文章： 生物矿化 无定形磷酸钙 介孔硅 扩孔 大孔介孔硅纳米颗粒 胶原纤维内矿化 氨基功能化 无定形磷酸钙矿化前驱体

【摘要】：目的： 近年的研究表明,胶原纤维内矿化能通过高聚物稳定的液体样矿化前驱体(polymer-induced liquid like precursor)的作用而达到。类似于聚天冬氨酸(polyaspartic acid, pAsp)或者聚丙烯酸(polyacrylic acid, PAA)这类的高聚物能模拟成核抑制物的作用而形成稳定的液体样无定形磷酸钙颗粒前驱体(amorphous calcium phosphate precursor)。 在一些需要获得胶原矿化的情况下,如骨缺损或者龋齿修复等,通过加入含有矿物质的材料来获得矿物离子的释放已经成为最常用的研究手段。然而这些报道中,由于缺乏成核抑制物而未能获得脱矿组织的有效的纤维内再矿化。迄今为止,也尚未有使直接使用矿化前驱体颗粒作为钙磷来源的报道。因此,如果能使用一种类似药物运输的策略,直接负载高聚物稳定的矿化前驱体,并将其释放在脱矿组织上,会有效促进胶原矿化从理论向应用的转换。 归功于介孔硅纳米颗粒(mesoporous silia nanoparticles)独特的物理化学特征,介孔硅在生物医药领域的应用已经获得了长足的进步。大孔径介孔硅由于具有较大孔径,因而能负载大量的大分子药物,而并非仅将药物吸附于介孔表面。 在此,我们报道了一种合成大孔介孔硅纳米颗粒(large pore mesoporou silica nanoparticles, LPMSN)的方法,在对其进行氨基化之后,能有效加载和持续释放高聚物PAA稳定的矿化前驱体。将此系统应用于单层重组胶原矿化,通过判断其促进胶原的纤维内矿化的能力来探索此系统在生物矿化应用领域的可行性。 材料和方法： 第一部分 使用扩孔剂1,3,5-三甲苯(1,3,5-Trimethylbenzene, TMB)对初始合成的小孔径的介孔硅进行140℃高温高压下扩孔。在无水甲苯回流的条件下使用硅烷偶联剂3-氨基丙基三乙氧基硅烷(3-aminopropytriethoxylsilane, APTES)对LPMSN进行表面改性,获得氨基化的大孔介孔硅纳米颗粒(amine-functionalized mesoporous silica nanoparticle, AFMSN)。使用了一系列的物理、化学方法对接入氨丙基(aminopropyl group)功能基团的介孔硅纳米颗粒的内部物理结构以及化学结构进行表征,包括：透射电镜(transimission electron microscopy, TEM)、场发射透射电镜(field emission transimission electron microscopy, FTEM)、X-射线粉末(powder X-Ray diffraction, XRD)、热重分析(thermogravimetric analysis,TGA)、傅里叶红外变换光谱分析(fourier transform infrared spectroscopy, FTIR)、光电子能谱分析(X-ray photoelectron spectrograph, XPS)、固态核磁共振(solid-state nuclear magnetic resonance spectroscopy, SSNMR)、氮气吸附脱附实验(nitrogen adsorption and desorption experiment)以及zeta电位测试。 第二部分 通过使用聚丙烯酸与钙磷溶液获得仿生矿化模拟物稳定的无定形磷酸钙颗粒(PAA-ACP)溶液。将AFMSN粉末与该溶液混合、吸附、离心清洗使用冷冻干燥技术冻干后获得含有PAA-ACP复合物前驱体的介孔硅粉末,即PAA-ACP@AFMSN。 PAA-ACP@AFMSN粉末使用TEM、FTIR进行检测,并将PAA-ACP@AFMSN使用环氧树脂包埋后使用FTEM检查并对其表面元素分布进行元素分布形貌描绘(elemental mapping)。 将PAA-ACP@AFMSN粉末浸泡于HEPES缓冲液中,使用分光光度计法分别测定其钙、磷、硅元素在0.5、1、3、6、12、24、48、72、96、120h的释放,绘制曲线。 第三部分 使用小牛皮肤来源的Ⅰ型胶原粉末进行单层胶原重组,并使用获得的重组Ⅰ型胶原对从PAA-ACP@AFMSN释放的前驱体的胶原纤维矿化的有效性进行检验。将PAA-ACP@AFMSN与HEPES溶液共混后获取上清,将重组的Ⅰ型胶原网浸泡于上清中培养4天。将不同时间点的矿化胶原纤维进行纤维内矿化程度的TEM检查。这是一种间接测定无定形磷酸钙前驱体释放和直接检验PAA-ACP@AFMSN系统矿化胶原纤维有效性的办法。 结果： 1.使用扩孔剂TMB能有效扩大孔径,最终获得平均孔径为14.56nm的大孔介孔硅纳米颗粒。硅烷偶联剂APTES的引入,成功地将氨丙基基团共价接枝于介孔硅的表面,并获得了表面正电荷的AFMSN。这种改性有利于后期负载负性PAA-ACP复合体。 2.通过吸附PAA-ACP复合体,成功获得了PAA-ACP@AFMSN。FTEM元素分布的检测证明PAA-ACP@AFMSN内部含有丰富的钙磷元素。PAA-ACP@AFMSN中的钙、磷、硅元素的持续释放从三者的释放曲线中被证实。 3. PAA-ACP@AFMSN在溶液中释放的无定形磷酸钙前驱体能对重组胶原进行有效的矿化,这证明了钙磷释放曲线检测前驱体的有效性以及PAA-ACP@AFMSN这个系统具有向应用转化的潜能。 结论： 通过直接将仿生矿化无定形磷酸钙前驱体负载于氨基化的大孔介孔硅中,并对这种提前制作的前驱体对重组Ⅰ型胶原生物矿化能力的检测,我们认为： 使用PAA-ACP@AFMSN对重组Ⅰ型胶原进行生物矿化的系统是有效可行的。这证实了将前驱体直接加载以及释放到生物脱矿组织的这种概念转变的成功。同时也证实了,将介导矿化的中间体在生物组织在原位进行持续释放是可行的,具有将骨骼、牙齿的原位生物矿化从概念向应用转化的巨大潜能。
【关键词】：生物矿化 无定形磷酸钙 介孔硅 扩孔 大孔介孔硅纳米颗粒 胶原纤维内矿化 氨基功能化 无定形磷酸钙矿化前驱体
【学位授予单位】：华中科技大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：R783.1
【目录】：

• 引言6-12
• 参考文献9-12
• 中文摘要12-15
• Abstract15-19
• 第一部分 LPMSN和AFMSN的合成和表征19-56
• 材料20-21
• 方法21-24
• 结果24-41
• 讨论41-49
• 小结49-50
• 参考文献50-56
• 第二部分 PAA-ACP矿化前驱体在大孔介孔硅AFMSN中的加载和释放56-81
• 材料57-58
• 方法58-66
• 结果66-71
• 讨论71-76
• 小结76-77
• 参考文献77-81
• 第三部分 PAA-ACP@AFMSN对I型胶原的再矿化81-92
• 材料82
• 方法82-83
• 结果83-85
• 讨论85-88
• 小结88-89
• 参考文献89-92
• 全文结论92-93
• 综述93-118
• 参考文献107-118
• 附录1118-120
• 附录2120-121
• 致谢121-122

【相似文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 贺克英;严家春;; 肝硬化胶原纤维分布特征及其形成机制探讨[J];淮海医药;1993年S1期

2 梁惠珍,梁英杰;偏光镜在观察胶原纤维类型中的应用[J];现代医学仪器与应用;2000年03期

3 周俐红,郭志坤;兔心脏胶原纤维的组织学构筑及定量分析[J];新乡医学院学报;2002年01期

4 刘新华;但年华;胡杨;肖世维;但卫华;;牛肌腱胶原纤维提取条件优化及其结构表征[J];功能材料;2012年S1期

5 赵德育;潘延;李成合;谢贤春;张东;吉中和;郝娃;李寿复;;原位肝细胞形成胶原纤维的形态学证据[J];电子显微学报;1984年03期

6 边振甲;;肝纤维化发病机制研究工作中的新发现——肝细胞在原位可以形成胶原纤维[J];医学研究通讯;1985年05期

7 周玉琳;;显示平滑肌和胶原纤维的双色染色法[J];解剖学通报;1990年04期

8 徐振平,范雪辉,郭志坤;不同月龄小鼠心脏胶原纤维的组织学变化[J];新乡医学院学报;2003年04期

9 吴幼锐;;兔角膜基质层胶原纤维立体结构的光镜及电镜观察[J];解剖学报;1986年02期

10 韩秀娴;;眼部蛋白聚糖结构与功能(第二部份)[J];眼科新进展;1983年02期

中国重要会议论文全文数据库 前10条

1 李书卿;李晶;陈伟俊;单志华;;胶原纤维分散对软化的影响[A];2010年全国皮革化学品会议论文集[C];2010年

2 郑伟;;心肌中胶原纤维容积分数的测量[A];第九届中国体视学与图像分析学术会议论文集[C];2001年

3 刘莲凤;高昕;许加超;付晓婷;;加热温度对刺参组织结构和胶原纤维影响的研究[A];渔业科技创新与发展方式转变——2011年中国水产学会学术年会论文摘要集[C];2011年

4 汤克勇;刘京龙;贾鹏翔;;皮胶原纤维干热收缩机理的研究[A];2005年全国高分子学术论文报告会论文摘要集[C];2005年

5 刘一山;廖学品;石碧;;皮胶原纤维的化学改性及其雷达波吸收特性[A];2010年全国皮革化学品会议论文集[C];2010年

6 刘安军;赵征;曹小红;刘占民;;来航鸡生长过程中肌肉内胶原纤维结构与性质的变化[A];2001年肉类科技交流会暨中国畜产品加工研究会第三届肉类科技大会论文集[C];2001年

7 赵德育;李成合;崔勤;潘延;姬政;;大鼠胰腺实质细胞产生胶原纤维的研究[A];第八次全国电子显微学会议论文摘要集（Ⅰ）[C];1994年

8 吴云;龙先明;赵宁;廖品学;;胶原纤维固化杨梅单宁对低浓度含铀废水中铀的吸附[A];中国核科学技术进展报告（第二卷）——中国核学会2011年学术年会论文集第5册（辐射防护分卷、核化工分卷）[C];2011年

9 杨胜波;王国亚;龙胜;张永;;注射性坐骨神经损伤后针刺腧穴对大鼠腓肠肌胶原纤维和烟酰胺腺嘌呤二核苷酸氧化还原酶的影响[A];中国解剖学会2013年年会论文文摘汇编[C];2013年

10 田云飞;赵纯培;陈红;刘岁林;王英梅;李志强;;扫描探针显微镜在胶原纤维精细结构研究中的应用[A];全国第七届扫描隧道显微学学术会议（STM'7）论文集（一）[C];2002年

中国重要报纸全文数据库 前3条

1 本报记者 杨朝晖;你可以让骨头更结实[N];科技日报;2012年

2 韩雪;老人更不可缺铜[N];保健时报;2005年

3 姜海燕;装假牙后勿忘补充维生素C[N];中国医药报;2004年

中国博士学位论文全文数据库 前8条

1 邹祥龙;制革化学关键基础问题研究[D];浙江大学;2015年

2 张斐斐;超支化聚合物改性胶原纤维的制备及其吸附性能研究[D];陕西科技大学;2015年

3 罗小娟;大孔介孔硅纳米颗粒负载仿生矿化前驱体进行胶原纤维内矿化的研究[D];华中科技大学;2015年

4 陆爱霞;胶原纤维固化金属离子吸附材料的制备及其对蛋白质、酶和微生物的吸附特性研究[D];四川大学;2006年

5 廖学品;基于皮胶原纤维的吸附材料制备及吸附特性研究[D];四川大学;2004年

6 朱杰;心肌纤维与Ⅰ型胶原纤维的超微结构及生物力学特性研究[D];西北农林科技大学;2010年

7 余晓佳;穴区胶原纤维和肥大细胞在针刺效应中的作用与机制研究[D];复旦大学;2008年

8 邹超;类骨结构胶原纤维基多孔磷酸三钙/胶原复合材料的制备、表征和评价[D];浙江大学;2007年

中国硕士学位论文全文数据库 前10条

1 李炜强;胶原纤维的二次谐波和双光子激发荧光发射信号研究[D];福建师范大学;2015年

2 杨欢;荧光探针法研究胶原蛋白体外自组装行为及胶原纤维热稳定性[D];武汉轻工大学;2015年

3 刘京龙;皮胶原纤维的结构与耐干热性能研究[D];郑州大学;2005年

4 王晓波;改性皮革胶原纤维对水体中重金属离子的富集特性研究[D];四川师范大学;2004年

5 王琦;大鼠心脏胶原纤维网络的超微结构及缺血再灌注后的变化[D];山西医科大学;2002年

6 杨建华;胶原纤维/植物纤维复合材料的研制[D];福建农林大学;2007年

7 孟卓君;胶原纤维在离子液体中的溶解与再生及胶原基复合材料的研究[D];郑州大学;2012年

8 施文斌;不同扩张方式对扩张皮肤中胶原纤维和肌动蛋白的影响[D];河北医科大学;2007年

9 周涵;胶原纤维固化单宁对钍、铀、锶和铯等核素的吸附研究[D];西南科技大学;2013年

10 步巧巧;羧基化胶原纤维吸附材料的制备及其对Cr（Ⅲ）的吸附性能研究[D];陕西科技大学;2014年

，

本文编号：642634