矿物元素对丝素磷酸钙盐纳米复合材料生成的影响

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1、浙江理工大学硕士学位论文摘要体内骨组织是受细胞高度调节控制生长而成的生物矿化组织，它主要由骨胶原纤维束(约占30％)和磷酸钙结晶(约占70％)组成，另外还包括钾、钠、镁、锌、硅等矿质元素。本论文研究了碱金属离子和硅离子对桑蚕丝素／磷酸钙复合材料形成的影响。有机质构成骨的网状支架，赋予骨的弹性和韧性：而无机质决定骨骼的硬度及刚性特征。本论文研究了碱金属离子和硅离子对桑蚕丝素／磷酸钙复合材料形成的影响。我们以碱金属离子诱导桑蚕丝素蛋白溶液发生构象转变，研究了蛋白质初始结构对其矿化作用的影响。FT-IR、XRD和SEM等测试结果显示，未经任何处理

2、的桑蚕丝素蛋白溶液矿化后形成片状复合物，其无机相以二水磷酸氢钙(DCPD)为主；而经过不同浓度K+和Nd金属离子浓度(金属离子质量与丝素质量比为2：1，2：10，2：100，2：1000)处理后，桑蚕丝素溶液的结构由SilkI(即无规线团／螺旋构象)向SilkII(B．折叠片层)发生转变，矿化后的桑蚕丝素／磷酸钙复合材料成纤维状，并相互结合呈现纳米级的三维多孔结构，其无机相以热力学稳定的羟基磷灰石(HA)为主。可以认为，丝素蛋白结构转化为较伸展的B．折叠后，使得更多的亲水基团暴露在外面，在丝素蛋白分子不断凝聚成纤过程中，HA结晶快速生长并附

3、着在这些微纤上，最终形成纤维状的丝素蛋白／HA复合物。另一方面，FT-IR、XRD和SEM结果显示，当矿化溶液体系中硅离子的质量百分比低于0．009％时，矿化复合材料中的丝素蛋白仍然以SilkI结构为主，而无机相以无定型的二水磷酸氢钙(DCPD)为主，复合物形态呈现片状结构；反之，丝素蛋白的结构转变为SilkII，其无机相以热力学稳定的羟基磷灰石(HA)为主，复合物形态呈现相互结合纳米级的纤维，形成三维多孔结构：TG分析结果显示，后者比前者具有更高的热稳定性和更好的储水能力。表明复合材料中丝素蛋白具有较高的结晶度和取向度，与HA更加紧密结合

4、，形成三维多孔结构。上述结果表明，通过改变丝素蛋白和无机质溶液体系的微环境，可以有效地调控丝素蛋白的生物矿化过程及其终产物的结构和性能，一方面为阐明蛋白质的生物矿化过程及其调控机理提供了理论依据，同时也可以从矿化复合物的形成来反映这些微量元素可能对骨组织形成的影响，为l临床骨组织的修复提供一定的参考。关键词：碱金属离子，硅离子，丝素，羟基磷灰石，生物矿化浙江理工大学硕士学位论文AbstractThehumanboneisabiomineralizedtissueregulatedbythecells，whichisconstitutedma

5、inlybytypeIcollagen(around30％)，calciumphosphatecrystals(around70％)，andsmallamountofotherelements，such够carbonate，sodium,magnesium，potassium，zinc，fluorine，chlorineandsilicon．Generally,thenetscaffoldformedbytheorganicpartcontributesthehumanbonewitllllighelasticityandtoughness

6、．whiletheinoBanicpartfortherigidandhardness．Inthisstudy,westudiedtheeffectofalkalimetalionsandsiliconiononformationofBombyxmorisilkfibroin／calciumphosphatecomposites．WestudiedtheeffectofinitialBombyxmorisillfibroinstructureontheproteinbiomineralization,wherethestructuraltr

7、ansitionwasinducedbythealkalimetaliontreatment．TheresultsfromXRD，FTIRandSEMshowedthattheas-preparedcompositesformedfromthesilkfibroinwithoutmetaliontreatmenthadthesheet-likemorphology,wherethepredominantinorganicphasewasdicalciumphosphatedehydrate(DCPD)．Incontrast，astructu

8、raltransitionoccurredinthesilkfibroin，fromrandomcoil／helicalstructureto13-sheet，afterthet