蚕丝蛋白膜诱导羟基磷灰石的可控生长及其性能研究

本项目以蚕丝蛋白（丝素）膜为模板，通过改变其制备方法或对其进行不同的表面修饰（如接枝细胞外基质粘连因子等）和处理（如预钙化和表面亲水性处理等），构建不同的模板实验体系，并将其置于模拟体液中进行仿生沉积，研究膜表面结构、微结构、化学基团/修饰密度和空间梯度、膜的层数和厚度等对羟基磷灰石（HAP）等磷酸钙晶核生成和结晶形成的影响；结合体外细胞培养实验，考察具有不同晶体形貌和结构、蚕丝蛋白－磷酸钙复合界面对细胞生长行为的影响；进一步分析HAP等磷酸钙结晶在蚕丝蛋白膜表面的生长和晶体形貌控制的作用机理和规律，探讨该类结晶的受控形成过程、磷酸钙/有机分子的界面分子识别机理及其与性能之间的关系，为新型生物材料，如高分子基磷酸钙复合材料的可控制备提供科学依据，同时在探索生物体中的化学过程、仿生合成等方面具有重要的理论意义。

人体骨组织是受细胞高度调节控制生长而成的生物矿化组织，骨基质主要由有机质胶原纤维束和无机质羟基磷灰石（HAP）组成。骨组织的修复是临床医学、生命科学以及材料科学领域的研究热点。随着对生物矿化研究的不断深入，利用模拟生物矿化的方法制备在结构和功能上与天然骨组织相似的生物材料，成为骨组织修复领域的新途径。蚕丝蛋白在模拟生物矿化过程中可以调控羟基磷灰石的生长，形成蚕丝蛋白/羟基磷灰石复合材料，具有优良的力学性能、生物相容性及可降解性，是一种良好的骨替代材料。. 本项目以蚕丝蛋白（丝素）膜为模板，通过改变其制备方法（如分别制备Silk I 型和Silk II型丝素蛋白膜）或对其进行不同的表面修饰（如添加HAP颗粒）和处理（如预钙化和表面亲水性处理），构建不同的模板实验体系，研究HAP等磷酸钙晶体在蚕丝蛋白膜表面的生长和晶体形貌控制的作用机理和规律，并结合体外细胞培养实验和动物体内实验，分析丝素蛋白/磷酸钙复合物的生物相容性，并对蚕丝蛋白调控碳酸钙晶体生长及HAP与碳酸钙用于基因载体药物领域开展前期研究。. 研究结果显示，Silk I 型和Silk II型丝素蛋白均能显著促进磷酸钙晶体生物矿化，且晶体生长的速度存在差异。Silk I 结构的丝素膜诱导磷酸钙晶体生长时，表面矿化初期表现为磷酸钙晶簇，随反应时间的延长，磷酸钙簇的密度不断加大，逐渐连接成磷酸钙膜，最后，磷酸钙晶体由小而薄、弯曲不规则的Type A结构，逐渐转化为大而直的鳞片状羟基磷灰石(Type B)结构。Silk II结构的丝素膜更易诱导磷酸钙晶体的生长，可生成均一的具有Type B结构的羟基磷灰石。丝素/HAP混合膜可同样诱导磷酸钙晶体的快速生长，生成均一的Type B结构的磷灰石。丝素膜经预钙化处理后，也可显著促进B型羟基磷灰石在其表面的生物矿化。细胞实验结果表明，丝素蛋白/磷酸钙复合材料有利于促进MG-63细胞的粘附、增殖与分化，显示良好的细胞相容性。动物实验结果显示，该复合材料有利于结缔组织的生长，无明显的炎症反应与组织坏死现象，证明其具有良好的组织相容性，是一种良好的生物医学材料。. 本项目研究结果为新型生物材料(如高分子基磷酸钙复合材料)的可控制备提供了科学依据，对探索生物体中的无机化学反应过程具有重要的借鉴意义。