不同生物有机分子调控下磷酸钙仿生矿化研究

发布时间：2017-09-25 06:32

  本文关键词：不同生物有机分子调控下磷酸钙仿生矿化研究

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【摘要】：生物矿化是生物体形成组织的重要过程，在有机基质调控下自组装成具有分级结构的组织，具有合成材料无可比拟的优越性能。因此理解有机基质对无机矿物的调控机制具有重要的意义。 本研究采用五种不同的生物有机分子：柠檬酸盐(citrate)、天冬氨酸(Asp)、谷氨酸(Glu)、赖氨酸(Lys)和牛血清白蛋白(BSA)对磷酸钙的仿生矿化过程进行调控，通过改变生物有机分子的含量以及钙、磷溶液的浓度来探讨其对生成的磷酸钙类型、形貌和尺寸的影响。利用XRD、FTIR、SEM、DSC、TG等测试手段对生物有机分子调控下磷酸钙的组成、结构等进行分析，同时对比各种生物有机分子与磷酸钙的作用情况，进而探讨其调控机理。 研究结果表明，与碱性氨基酸(Lys)和牛血清白蛋白(BSA)相比，具有多羧基的生物有机分子(citrate、Asp和Glu)对磷酸钙的成核具有一定的抑制作用，这主要取决于生物有机分子与溶液中Ca~(2+)浓度比。对于citrate而言，当Cit/Ca~(2+)≥1.6时，溶液澄清而没有磷酸钙生成，说明3个citrate分子能与2个Ca~(2+)结合，从而使钙离子没有多余的空位吸引磷酸根；对于Asp而言，当Asp/Ca~(2+)≥0.752时，溶液澄清，即1.5个Asp分子能与2个Ca~(2+)结合；对于Glu而言，当Glu/Ca~(2+)≥0.68时，溶液澄清，即1.3个Glu分子能与2个Ca~(2+)结合。因此，其抑制作用强弱依次是GluAspcitrate。 生物有机分子对形成的磷酸钙类型具有一定的调控作用。在citrate调控下，所得的磷酸钙类型取决于citrate与Ca~(2+)浓度比。当Cit/Ca~(2+)≤0.2时，形成DCPD；当0.2＜Cit/Ca~(2+)＜1.6时，形成HA。对于酸性氨基酸，由于其存在使溶液的环境呈酸性，而DCPD在该条件下稳定存在，故在酸性氨基酸(Asp和Glu)调控下主要生成DCPD。而对于Lys和BSA，所形成的磷酸钙类型取决于生物有机分子的含量以及钙离子、磷酸根离子的浓度，主要形成DCPD和HA两种磷酸钙类型；同时，在偏酸性的条件下，由于Lys的调控作用，DCPD为介稳相，易向HA转变。 不同生物有机分子调控下得到磷酸钙的形貌有显著差异。这主要说明生物有机分子与磷酸钙之间存在一定的相互作用从而改变各个晶面的相对生长速率进而调控所得的磷酸钙形貌和尺寸。当溶液中Ca~(2+)浓度为0.15M(Ca/P=1.67)时，不同生物有机分子调控下所得的DCPD形貌不同。Citrate调控下所得的DCPD为针簇状，且随着citrate的浓度增加(由0.0083M→0.0332M)，所得的晶体长度有所增加(由约3μm增至6μm)；不同浓度Asp条件下所得的DCPD形貌不同，随着Asp浓度增加(由0.00376M→0.094M)，，由不规则片状逐渐转变成菱形，且菱形相互堆积成空间立体结构；在BSA调控下得到的DCPD为规则平行四边形的片状，同时随着BSA含量增加(由0.2g→1.5g)，结构逐渐由三维有序堆积向二维规则片状转变；Lys调控下所得的DCPD为表面粗糙的不规则片状，而对照组(未添加任何生物有机分子)所得的DCPD为大片状，具有一定的长径比，约为2。对于Glu而言，调控所得的DCPD的形貌取决于溶液中Glu与Ca~(2+)的浓度比。当Glu/Ca~(2+)＜0.136时，为二维片状聚集体；当Glu/Ca~(2+)大约为0.136时能够得到三维空间结构；当其浓度比进一步增加时，又逐渐转变成二维片状结构。当生成的磷酸钙为HA时，对照组所得的HA为小片状堆积体，生物有机分子调控下所得的HA为小颗粒聚集体。
【关键词】：生物有机分子 磷酸钙 仿生矿化
【学位授予单位】：华南理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2012
【分类号】：R318.08
【目录】：

• 摘要5-7
• Abstract7-11
• 第一章 绪论11-25
• 1.1 引言11
• 1.2 生物矿化简介11-13
• 1.3 磷酸钙生物矿物13-18
• 1.4 磷酸钙矿化研究现状和趋势18-23
• 1.4.1 胶原调控磷酸钙的矿化研究18-20
• 1.4.2 柠檬酸/柠檬酸盐与磷酸钙的作用20-21
• 1.4.3 蛋白和氨基酸对磷酸钙的影响21-23
• 1.5 本研究的目的、意义和内容23-25
• 1.5.1 本文的研究目的与意义23
• 1.5.2 本文的研究内容23-25
• 第二章 柠檬酸盐(Citrate)对磷酸钙仿生矿化的研究25-39
• 2.1 引言25
• 2.2 实验内容25-28
• 2.2.1 实验材料与设备25-26
• 2.2.2 实验过程26-28
• 2.2.3 测试与表征28
• 2.3 实验结果与讨论28-38
• 2.3.1 Citrate 调控下磷酸钙的 XRD 分析28-31
• 2.3.2 Citrate 调控下磷酸钙的 FTIR 分析31-33
• 2.3.3 Citrate 调控下的磷酸钙 SEM 分析33-35
• 2.3.4 Citrate 调控下溶液的稳定性分析35-36
• 2.3.5 Citrate 调控下磷酸钙的热分析结果36-38
• 2.4 本章小结38-39
• 第三章 氨基酸对磷酸钙仿生矿化的研究39-64
• 3.1 引言39
• 3.2 实验内容39-44
• 3.2.1 实验材料和设备39-40
• 3.2.2 实验过程40-44
• 3.2.3 测试与表征44
• 3.3 实验结果与讨论44-62
• 3.3.1 氨基酸调控下磷酸钙的 XRD 分析44-51
• 3.3.2 氨基酸调控下磷酸钙的 FTIR 分析51-56
• 3.3.3 氨基酸调控下磷酸钙的 SEM 分析56-59
• 3.3.4 氨基酸调控下磷酸钙的热分析结果59-62
• 3.4 本章小结62-64
• 第四章 牛血清白蛋白(BSA)对磷酸钙仿生矿化的研究64-76
• 4.1 引言64
• 4.2 实验内容64-67
• 4.2.1 实验材料和设备64-65
• 4.2.2 实验过程65-67
• 4.2.3 测试与表征67
• 4.3 实验结果与讨论67-74
• 4.3.1 BSA 调控下磷酸钙的 XRD 分析67-69
• 4.3.2 BSA 调控下磷酸钙的 FTIR 分析69-71
• 4.3.3 BSA 调控下磷酸钙的 SEM 分析71-73
• 4.3.4 BSA 调控下磷酸钙的热分析73-74
• 4.4 本章小结74-76
• 结论76-78
• 参考文献78-87
• 攻读硕士学位期间取得的研究成果87-88
• 致谢88-89
• 附件89

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前6条

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本文编号：915939