类细胞外纤维基质上的纳米磷灰石晶体取向生长及其矿化机理研究

体内骨折愈合的自然过程是从纤维骨痂向骨性骨痂逐渐衍化的过程，是纳米纤维逐渐矿化的过程，然而，人们对纳米纤维结构与生物矿化（即骨形成）间的关系认识模糊。本项目模拟骨组织的结构与组成，设计利用类细胞外纤维基质提供矿化位点，仿生体内的矿化过程，建立适合的体外纳米磷灰石仿生矿化合成条件，促进类细胞外纤维基质上矿物质的形成，在纤维上取向诱导纳米磷灰石晶体的生长，在体外实现矿化器官的构建，获得高性能、高生物适应性材料，为进一步的骨组织工程提供物质基础。并探讨纤维基质上的矿化机理，为揭示体内组织矿化过程提供科学依据。

研究从自然骨中典型的钙化结构入手，深入探索软骨钙化层中矿晶的组成结构与分布，充分认识钙化结构与骨功能关系的必然联系。不仅从矿物质形成角度分析骨科疾病的致病机理，还为构建理想的活性骨修复材料提供科学依据，促进骨缺损的治疗和修复。.宏观而言，软骨钙化层是关节功能结构的重要组成部分，关节软骨钙化层在受力时能耐受比软骨下松质骨更高的压力作用，其作用并不仅仅在于平稳传递应力，还通过其壳式结构和致密的矿化组成起着类似皮质骨的承力作用。微观上讲，成熟软骨钙化层超微结构中的纳米针状矿晶以胶原空隙位为中心成簇取向生长，矿晶为羟基磷灰石结构结晶物质，以B型替代碳酸羟基磷灰石为主。相对于软骨钙化区上部，软骨钙化区下部磷灰石晶体的晶体结构更稳定，结晶更完善。.对自然精致微观结构的仿生制备，促使制备技术和研究方法的不断更新，以制备性能更优异的纳米仿生修复替代材料。在原有电纺法的基础上，创新性地利用水浴作为超细纤维的收集器，制备不同超微结构的类细胞外纤维基质膜，该纤维结构分别具有各向异性和取向性分布。该多孔结构支架的各向异性结构与自然骨胶原纤维基质结构相似。相比泡状材料，电纺纤维支架结构具有更好的仿生学优势。电纺制备的纤维支架可为组织长入提供更完善的空间贯通性，超细纤维支架可混合纳米和微米两种尺度特征的纤维，提供极大的比表面积，还可负载和表达大量的信号分子，并促进支架的降解。.对纳米矿晶生长的模拟，是开发磷灰石性能及其骨科应用研究的基础，也是探索自然骨磷灰石生长机制的基础。研究发现，胶原微隙间钙、磷元素的高浓度存在是矿晶生成的基本物质条件。本课题不借助蛋白、酶等生物活性物质，仅通过化学条件控制，设计利用类胶原的酰胺高分子基质提供矿化位点，为后续磷酸基团的装配提供丰富的活性阳离子钙位点，预处理形成的孔隙结构更有利于钙磷在狭小空间中的过饱和富集，在高聚物基上首次成功诱导生长出取向纳米磷灰石晶体，其晶体装配过程类似于在胶原间隙中磷灰石矿晶的沉积生长。该高活性、高生物适应性材料，可为进一步的骨组织工程提供物质基础。