血清中掺硅生物陶瓷表面类骨磷灰石形成机制研究

The surface of biomaterials would form a layer of bone-like apatite material after being implanted into animals; this substance could enhance adhesion and differentiation of osteoblast, secretion and mineralization of collagen fibers. There were a direct relationship between the formation of bone-like apatite and the specific adsorption of fluid proteins in biomaterials surface, also the chemical reaction between them. Material on the specificity of the protein adsorption was related to the material surface protein binding site and the characteristics of the protein. The silicon in the material and the topology structure on the surface of material will strengthen the adsorption of water, ions, proteins and other biological molecules. Those produce an effect on the formation of bone-like apatite. Then Specific protein involved in the deposition behavior of the dissolution of the surface and penetrated into the surface apatite layer. However, the mechanism of Si-substituted materials could improve its activity, the specific protein adsorption on surface of apatite and the role proteins played on bone-like apatite formation still need our further study. We use serum which is most close to the fluid composition as the soak liquid. Then the bone-like apatite's formation on the Si-substituted calcium phosphate ceramic surface which was after activating treatment would be observed in serum. Furthermore, how serum protein conformational changes on the surface of material are to be explored and the regulation mechanism of serum protein to bone apatite surface would be studied in-depth in order to provide the theoretical basis for preparation of high activity apatite.

生物材料植入动物体内后，表面将形成一层与骨无机成分相似的类骨磷灰石，该物质能增强成骨细胞的黏附、分化和胶原纤维的分泌、矿化。类骨磷灰石的形成与体液中蛋白质在生物材料表面的特异性吸附及其化学反应有着直接关系。 材料对蛋白质的特异性吸附与材料表面对蛋白质的结合位点及蛋白质的特性相关；材料中的硅以及材料表面拓扑结构有利于水、离子、蛋白等生物分子在材料表面吸附，影响表面类骨磷灰石的形成；特征蛋白质参与材料表面溶解沉积行为并进入表面类骨磷灰石层。 然而，材料中的硅对其生物活性提高机理、材料表面对蛋白的特异性吸附机理，以及蛋白对类骨磷灰石层形成的作用机理均有待深入研究。 该项目以与体液成分最为接近的血清作为浸泡液，考查血清中经活化处理的掺硅钙磷陶瓷表面类骨磷灰石形成情况；探讨陶瓷表面血清蛋白质构象变化；研究血清中蛋白质对表面类骨磷灰石的调控机理，为高生物活性类骨磷灰石表面制备提供理论依据。

类骨磷灰石的形成与体液中蛋白质在材料表面的特异性吸附及其化学反应有着直接关系。蛋白质在材料表面的吸附行为与基材表面性质及蛋白质特性相关。研究蛋白质-材料表面相互作用的影响机制有助于进一步揭示生物矿化的机制，为高生物活性类骨磷灰石表面制备提供理论依据。 . 本项目以掺硅生物陶瓷表面类骨磷灰石形成机制为研究主线，围绕元素掺杂生物活性粉体及陶瓷的制备、生物陶瓷活化表面构建，活性表面与血清中蛋白质相互作用，以及在其表面类骨磷灰石形成机制等四个方面开展研究工作。.（1）项目研究制备了硅/锶/硒等元素掺杂的磷酸钙生物活性纳米粉体及陶瓷。研究发现：①各元素掺杂的生物陶瓷均具有良好的生物活性；②掺硅有利于HA分解形成α-TCP，硅掺杂促进HA表面矿化成核，提高生物陶瓷骨诱导能力；③掺锶有利于HA分解形成β-TCP，通过调控掺杂量可精确控制HA/TCP的相比例变化，且锶的掺入可以增强生物陶瓷的力学性能；④少量硒的掺入提高了HA的高温稳定性，抑制癌细胞的增殖。.（2）项目通过对生物陶瓷表面进行改性，制备了不同粗糙度、不同组分的具有不同种类表面/界面及矿化性能的材料。研究发现，①通过控制HA前驱体中硅掺杂浓度，并结合水热预处理方法，可调控生物陶瓷表面不同直径晶须的生长；②等离子喷涂后陶瓷表面形成了微米球状颗粒，并附着有大量非晶相及磷酸钙杂相纳米颗粒，为构造高生物活性表面提供了基础；③表面涂层组分和结构的不同以及血清的种类不同对类骨磷灰石层在体液中的沉积形貌和结构会产生影响。.（3）项目研究了蛋白质在材料表面的吸附行为及蛋白质对活化陶瓷表面形成类骨磷灰石层的影响。研究表明，①蛋白质的吸附行为不仅与蛋白质的性质相关，而且也受材料表面性质的影响；静电作用是影响蛋白质吸附行为的关键因素。②在矿化过程中，蛋白质在不同的条件下具有不同的矿化作用，与蛋白质的种类、构象变化、带电荷情况以及溶液微环境等有关。③蛋白质吸附层能够调控材料表面无机矿物晶体的成核、生长、晶型和取向，最终影响植入材料的生物相容性和生物活性。