1、组织工程学天然高分子材料骨组织的等级结构Hierarchical architechture of bone骨的等级结构（1）密质骨和松质骨；（2）密质骨骨单位和哈氏管，（3）骨层板和（4）胶原纤维 组成的胶原纤维束胶原纤维结构组成 胶原分子中间部分的氨基酸排列。（a）每个第三个氨基酸残基是甘氨酸，X 和 Y通常是脯氨酸和羟脯氨酸残基，（b）甘氨酸是最小的氨基酸，（c）三股螺旋使得甘氨酸残基指轴内，而另外两个残基处于螺旋表面，（d）脯氨酸和羟脯氨酸的残基与多肽链结合，增强分子的刚性。疏松结缔组织疏松结缔组织 成纤维细胞、成纤维细胞、巨噬细胞巨噬细胞 浆细胞、浆细胞、肥大细胞肥大细胞 细胞：脂肪
2、细胞细胞：脂肪细胞 未分化的间充质细胞未分化的间充质细胞 白细胞白细胞p组成：组成：胶原纤维胶原纤维 纤维：纤维：弹性纤维弹性纤维 网状纤维网状纤维 蛋白多糖蛋白多糖 基质：基质：纤维粘连蛋白纤维粘连蛋白 组织液组织液Typical Extracellular matrix细胞外基质（extracellular matrix,ECM）pECM是是细细胞胞外外大大分分子子构构成成的的网网络络。包包括括：胶胶原原、非非胶胶原原糖糖蛋蛋白白、氨氨基基聚聚糖糖与与蛋蛋白白聚聚糖糖、弹弹性性蛋蛋白白等。等。p结缔组织中含量较高。结缔组织中含量较高。p影响细胞的存活、死亡、增殖和分化。影响细胞的存活、死亡
3、增殖和分化。Collagen 胶原胶原p胶原是动物中的主要纤维蛋白，是所有多细胞动物，包括胶原是动物中的主要纤维蛋白，是所有多细胞动物，包括海绵体、无脊椎动物和脊椎动物的细胞外基质的主要结构海绵体、无脊椎动物和脊椎动物的细胞外基质的主要结构成分。成分。p胶原原纤维占人和高等动物总蛋白量可高达胶原原纤维占人和高等动物总蛋白量可高达30%，其作用，其作用是保持组织完整以及提供每一个结缔组织所需要的特殊力是保持组织完整以及提供每一个结缔组织所需要的特殊力学性能。学性能。p人体中有人体中有16左右是蛋白质，胶原占体内蛋白质总量的左右是蛋白质，胶原占体内蛋白质总量的3040，主要存在于皮肤、肌肉、骨骼
4、牙齿内脏和，主要存在于皮肤、肌肉、骨骼、牙齿内脏和眼睛瞪部位。眼睛瞪部位。p从生物医学角度，胶原在发育、伤口愈合、血小板活化和从生物医学角度，胶原在发育、伤口愈合、血小板活化和血管生成中具有重要作用。另外很多遗传病的起因也被证血管生成中具有重要作用。另外很多遗传病的起因也被证明是由于胶原发生了突变，而胶原在其合成、降解或免疫明是由于胶原发生了突变，而胶原在其合成、降解或免疫学方面的微小变化也可以引起许多疾病。学方面的微小变化也可以引起许多疾病。胶原的结构p胶原是一类由胶原是一类由20种常见的氨基酸合成而来的蛋白质，种常见的氨基酸合成而来的蛋白质，但是它在氨基酸组成、重复的序列模式、高度的翻但
5、是它在氨基酸组成、重复的序列模式、高度的翻译后修饰和特有的分子内交联上别具一格。译后修饰和特有的分子内交联上别具一格。p天然的胶原蛋白是一个由天然的胶原蛋白是一个由3 3条具有左手条具有左手条具有左手条具有左手螺旋的链相螺旋的链相互缠绕形成互缠绕形成右手超螺旋右手超螺旋右手超螺旋右手超螺旋的分子。胶原的超螺旋结构的分子。胶原的超螺旋结构是靠链间氢键以及螺旋和超螺旋的反向盘绕维持其是靠链间氢键以及螺旋和超螺旋的反向盘绕维持其稳定性的。稳定性的。p原胶原：原胶原：3条肽链形成的螺旋，含三种结构：螺旋条肽链形成的螺旋，含三种结构：螺旋区、非螺旋区及球形结构域。区、非螺旋区及球形结构域。Structu
6、ral features pAll collagen molecules are trimers consisting of three polypeptide chains,called chains.pAlong at least part of their length,the three polypeptide chains of a collagen molecule are wound around each other to form a unique,rod-like triple helix.p 一个典型的胶原分子长一个典型的胶原分子长300nm、直径为、直径为2.5nm。在
7、每一条左手螺旋的胶原链内，每一圈螺旋需要在每一条左手螺旋的胶原链内，每一圈螺旋需要3个氨基酸残基。胶原螺旋的螺旋度不象个氨基酸残基。胶原螺旋的螺旋度不象-螺旋那螺旋那么高。胶原螺旋的左手性，以及胶原的许多刚性么高。胶原螺旋的左手性，以及胶原的许多刚性源于许多脯氨酸残基的立体限制。胶原分子的末源于许多脯氨酸残基的立体限制。胶原分子的末端含有非螺旋部分，这一部分似乎对纤维形成过端含有非螺旋部分，这一部分似乎对纤维形成过程中胶原分子的正确排列以及交联是必需的程中胶原分子的正确排列以及交联是必需的。p 典型的胶原螺旋在任一圈的第典型的胶原螺旋在任一圈的第3个位置上都含有个位置上都含有甘氨甘氨酸酸残基。
8、胶原的特点是具有重复的残基。胶原的特点是具有重复的-Gly-X-Y-序列，其序列，其中中X常常是常常是脯氨酸脯氨酸，而，而Y是是4-羟脯氨酸羟脯氨酸，它是脯氨酸的共，它是脯氨酸的共价修饰衍生物。脯氨酸和价修饰衍生物。脯氨酸和4-羟脯氨酸的总和占胶原分子中羟脯氨酸的总和占胶原分子中残基数的四分之一。除了残基数的四分之一。除了4-羟脯氨酸外，羟脯氨酸外，5-羟赖氨酸也羟赖氨酸也常出现在胶原分子中。常出现在胶原分子中。p 一条链上的每一组一条链上的每一组-Gly-X-Y-中的甘氨酸残基的酰中的甘氨酸残基的酰胺氢原子都能与一个相邻链上的残基胺氢原子都能与一个相邻链上的残基X的羰基氧原子之间的羰基氧原子
9、之间形成分子内氢键。脯氨酸和羟脯氨酸残基在胶原的结构中形成分子内氢键。脯氨酸和羟脯氨酸残基在胶原的结构中起着至关重要的作用，这些残基的有限的构象松弛度不仅起着至关重要的作用，这些残基的有限的构象松弛度不仅可以防止可以防止-螺旋的形成，而且可以使得胶原螺旋和胶原纤螺旋的形成，而且可以使得胶原螺旋和胶原纤维本身显示出点刚性。羟脯氨酸残基的羟基参与形成的氢维本身显示出点刚性。羟脯氨酸残基的羟基参与形成的氢键将使胶原三股螺旋更稳定。键将使胶原三股螺旋更稳定。胶原分子中间部分的氨基酸排列。（a）每个第三个氨基酸残基是甘氨酸，X 和 Y通常是脯氨酸和羟脯氨酸残基，（b）甘氨酸是最小的氨基酸，（c）三股螺旋
10、使得甘氨酸残基指轴内，而另外两个残基处于螺旋表面，（d）脯氨酸和羟脯氨酸的残基与多肽链结合，增强分子的刚性。-N-C-CO-H HH-N-C-CO-H2CCH2CH2H-N-C-CO-H2CCH2CHHOH甘氨酸Gly-脯氨酸Pro-羟脯氨酸Hyp-原胶原分子二级结构原胶原分子二级结构原胶原形成原胶原形成胶原纤维胶原纤维胶原纤维电镜图胶原纤维电镜图胶原类型p在原纤维中发现了在原纤维中发现了20种胶原，其中种胶原，其中5种含量最丰种含量最丰富的胶原类型是：富的胶原类型是：nI 型胶原是骨、腱、角膜和韧带中的主要胶原，型胶原是骨、腱、角膜和韧带中的主要胶原，最高可达体内所有胶原的最高可达体内所有胶
11、原的90%。nII 型胶原在软骨、玻璃体和脊索中形成原纤维。型胶原在软骨、玻璃体和脊索中形成原纤维。nIII 型胶原与型胶原与I 型胶原并存于结缔组织。型胶原并存于结缔组织。nV型和型和VI型为异三聚体，与其他三种胶原共存型为异三聚体，与其他三种胶原共存于原纤维中。于原纤维中。p由成纤维细胞、软骨细胞、成骨细胞、上皮细胞分泌。在由成纤维细胞、软骨细胞、成骨细胞、上皮细胞分泌。在RER上合成，形成三螺旋之前于上合成，形成三螺旋之前于Pro及及Lys残基上进行羟基残基上进行羟基化修饰。化修饰。p羟羟化化反反应应由由脯脯氨氨酰酰4羟羟化化酶酶（P4H）、脯脯氨氨酰酰3羟羟化化酶酶催催化化（P3H）。
12、pVc是酶的辅助因子，是酶的辅助因子，Vc缺乏导致坏血病。缺乏导致坏血病。p交交联联：由由侧侧向向相相邻邻的的lys或或hyl残残基基氧氧化化后后所所产产生生的的两两个个醛醛基基间间进进行行缩缩合合而而成成。交交联联后后后后形形成成不不溶溶性性纤纤维维，原原胶胶原原呈呈阶梯状排列，电镜下可见间隔阶梯状排列，电镜下可见间隔67nm的横纹的横纹胶原的体内合成（翻译）Collagen fibril bundles:a branching assembly unit in tendon morphogenesisTEM image of collagenTEM image of collagen胶
13、原的一般生化特性胶原的一般生化特性变性变性p胶原变性是指三股螺旋之间的氢键断裂，螺旋解胶原变性是指三股螺旋之间的氢键断裂，螺旋解开，形成单链无规则线团，因而发生性质的改变开，形成单链无规则线团，因而发生性质的改变（比如粘度下降、沉降速度增加、浮力上升、紫（比如粘度下降、沉降速度增加、浮力上升、紫外吸收增加等）。加热、改变胶原溶液的外吸收增加等）。加热、改变胶原溶液的pH值或值或受有机溶剂（如乙醇、尿素、甲酰胺及丙酰胺等）受有机溶剂（如乙醇、尿素、甲酰胺及丙酰胺等）等影响，均可使胶原变性。等影响，均可使胶原变性。p通常把通常把50%胶原分子发生变形的温度称为变性温胶原分子发生变形的温度称为变性温
14、度度Td（denaturation temperature）。由于这）。由于这一现象和结晶的熔解相类似，故又称为熔点或熔一现象和结晶的熔解相类似，故又称为熔点或熔解温度。胶原的变性温度与羟脯氨酸的含量呈正解温度。胶原的变性温度与羟脯氨酸的含量呈正相关。相关。其它生化特性其它生化特性p天然胶原除非先经尿素处理使之变性，否则不易天然胶原除非先经尿素处理使之变性，否则不易溶于碱、弱酸及一般浓的中性盐类。溶于碱、弱酸及一般浓的中性盐类。p等电点为等电点为pH7-7.8，在强碱下长时间浸渍，其等，在强碱下长时间浸渍，其等电点会下降至电点会下降至pH4.7-5.3，并伴有溶解现象。，并伴有溶解现象。p胶原
15、不溶于水，但可溶于热水。膨润的胶原经加胶原不溶于水，但可溶于热水。膨润的胶原经加热后，会产生不可逆收缩，加热至热后，会产生不可逆收缩，加热至63-65时，时，纤维长度变为原来的纤维长度变为原来的1/9，若再加热，三股螺旋，若再加热，三股螺旋分开，发生热变性，形成明胶。分开，发生热变性，形成明胶。p未变性的胶原可被酸性红染成红色，变性者则否。未变性的胶原可被酸性红染成红色，变性者则否。胶原的提取-牛肌腱胶原的制备p将湿重100克牛肌腱洗净，0.5%Tris处理后取出肌腱进行切片，用75%酒精溶液进行消毒处理，用灭菌蒸馏水冲洗后用匀浆器匀浆，再用灭菌蒸馏水洗涤。p以5000r/min离心15分钟，
16、收集沉淀再悬浮于生理盐水中1小时。以5000r/min离心15分钟，再将肌腱悬浮至于1.5L含水果蛋白酶2mg的0.05mol/l的醋酸溶液中，在4下慢慢搅拌消化72小时。以5000r/min离心15分种。p将上清液用0.lmol/l的NaOH调节pH值至中性，加入NaCl至最终浓度达2.5mol/L左右。搅拌过夜，在中性条件下进行盐沉淀。p以5000r/min离心15分种。沉淀即主要为1型胶原蛋白。p将沉淀用冷的灭菌蒸馏水作短时间洗涤，然后溶解在0.05mol/l的醋酸溶液中，以0.05mol/l的醋酸溶液作透析外液在10下透析2天，然后在PH 为7.4的含130mmol/l的NaCl溶液中
17、透析。物理改性方法物理改性方法p通过物理手段对胶原蛋白改性有通过物理手段对胶原蛋白改性有紫外线照射紫外线照射、重度脱水重度脱水、射线照射射线照射和和热交联热交联等方法。等方法。p胶原溶液如被紫外线照射胶原溶液如被紫外线照射,将在分子间产生交联将在分子间产生交联,粘度增加粘度增加,生成凝胶。目前常用的紫外线改性胶原膜的方法是将胶原生成凝胶。目前常用的紫外线改性胶原膜的方法是将胶原膜放在铝箔上膜放在铝箔上,距离距离254 nm 紫外灯紫外灯20 cm 高度高度,照射照射15 h。对经紫外线照射的胶原膜进行力学性能和胶原酶试。对经紫外线照射的胶原膜进行力学性能和胶原酶试验表明验表明:交联胶原膜的收缩
18、温度交联胶原膜的收缩温度Ts 和抗胶原酶解的能力均和抗胶原酶解的能力均显著高于未交联胶原膜。显著高于未交联胶原膜。p重度脱水也是胶原蛋白物理改性中常用的方法重度脱水也是胶原蛋白物理改性中常用的方法,该法是通该法是通过脱水导致胶原分子间交联过脱水导致胶原分子间交联,从而增加变性温度从而增加变性温度,改善胶原改善胶原的性能。的性能。p物理方法改性胶原蛋白的优点是可避免外源性有毒化学物物理方法改性胶原蛋白的优点是可避免外源性有毒化学物质进入胶原内质进入胶原内,缺点是胶原交联度低缺点是胶原交联度低,且难以获得均匀一致且难以获得均匀一致的交联。的交联。化学改性方法化学改性方法p主要是通过化学交联进行改性
19、主要是通过化学交联进行改性。p交联剂按交联键发生的部位可分为两种交联剂按交联键发生的部位可分为两种:一种是一种是分子内交分子内交联联,它是在同一个螺旋内两条肽链之间形成的交联键它是在同一个螺旋内两条肽链之间形成的交联键,这类这类交联键主要影响交联产物的交联键主要影响交联产物的变性温度和拉伸强度变性温度和拉伸强度等性能等性能;另一种是另一种是分子间交联分子间交联,它是在两条相邻的螺旋间的肽链中它是在两条相邻的螺旋间的肽链中形成的交联键。这类交联键主要影响交联产物的形成的交联键。这类交联键主要影响交联产物的溶胀性和溶胀性和表面延伸性表面延伸性。当两条微纤维之间的距离小于交联剂分子的。当两条微纤维
20、之间的距离小于交联剂分子的长度时长度时,交联也可以在交联也可以在两条相邻的微纤维两条相邻的微纤维之间发生。之间发生。p目前常用的化学交联剂有目前常用的化学交联剂有戊二醛戊二醛、1,6-己二异氰酸酯己二异氰酸酯(HDI)、碳二亚胺、碳二亚胺(EDC)、叠氮二苯基磷、叠氮二苯基磷(DPPA)、酰基、酰基叠氮化物、聚环氧化物以及京尼平等。叠氮化物、聚环氧化物以及京尼平等。p将制备的胶原膜或者海绵置于将制备的胶原膜或者海绵置于0.25%戊二戊二醛溶液中预交联醛溶液中预交联10 min 后，浸泡于含后，浸泡于含0.25%戊二醛的戊二醛的0.05 mol/L 醋酸溶液，醋酸溶液，于于4交联交联24 h，P
21、BS 缓冲液漂洗缓冲液漂洗3 次。次。化学交联戊二醛交联法化学交联戊二醛交联法 p戊二醛是到目前为止应用最广泛的蛋白质交联剂戊二醛是到目前为止应用最广泛的蛋白质交联剂,其水溶液在室其水溶液在室温下就能高效地与胶原缩氨酸链上的氨基反应温下就能高效地与胶原缩氨酸链上的氨基反应,形成稳定交联。形成稳定交联。p是一种同型双功能交联剂。其两个醛基可分别与两个相同或不同是一种同型双功能交联剂。其两个醛基可分别与两个相同或不同分子的伯氨基形成分子的伯氨基形成Schiff 碱碱,将两个分子以五碳桥连接起来。将两个分子以五碳桥连接起来。高浓度的高浓度的GTA 与胶原分子赖氨酸或羟赖氨酸残基与胶原分子赖氨酸或羟赖
22、氨酸残基E2氨基反应氨基反应,形成分子间交联。形成分子间交联。p戊二醛与蛋白质交联的特点是活性高、反应快、产物稳定、对沸戊二醛与蛋白质交联的特点是活性高、反应快、产物稳定、对沸水、酸、酶的抵抗能力强水、酸、酶的抵抗能力强,但有细胞毒性但有细胞毒性,且其用量难以控制且其用量难以控制。化学交联化学交联EDC交联法交联法p1一乙基一一乙基一3-(3一二甲基氨基丙基一二甲基氨基丙基)一碳化二亚一碳化二亚胺（胺（EDC）是化学性质极为活泼的化合物是化学性质极为活泼的化合物,能能使氨基和羧基之间形成酰氨键使氨基和羧基之间形成酰氨键,其既可与羧基其既可与羧基结合结合,也可与氨基结合也可与氨基结合,通常羧基与
23、通常羧基与EDC 反应反应生成中间产物生成中间产物,再与另一分子的氨基反应而形再与另一分子的氨基反应而形成偶联物。成偶联物。EDC反应的反应的pH 为为5 9,一般胶原一般胶原交联选择交联选择pH7 左右左右,4或室温或室温24h。化学交联化学交联EDC交联法交联法p将胶原海绵浸入将胶原海绵浸入50ml含含50 mmol/L的的2-(N-吗琳吗琳)乙撑磺酸乙撑磺酸(MES)的体积分数为的体积分数为40%的乙醇溶液中，的乙醇溶液中，室温下浸泡室温下浸泡30 min。p加入加入(EDC)65 mg和和N-基唬拍酞亚胺基唬拍酞亚胺(NHS)15 mg，摇动使之溶解，室温下反应数小时。，摇动使之溶解，
24、室温下反应数小时。p分别用无菌分别用无菌0.lmol/L Na2HP04,1 mol/L NaCl和蒸馏水冲洗胶原海绵，再次冷冻干燥。和蒸馏水冲洗胶原海绵，再次冷冻干燥。应用胶原可以用于制造止血海绵、创伤辅料、人工胶原可以用于制造止血海绵、创伤辅料、人工皮肤、手术缝合线、组织工程基质等。胶原在应用皮肤、手术缝合线、组织工程基质等。胶原在应用时必须交联，以控制其物理性质和生物可吸收性。时必须交联，以控制其物理性质和生物可吸收性。戊二醛和环氧化合物是常用的交联剂。残留的戊二戊二醛和环氧化合物是常用的交联剂。残留的戊二醛会引起生理毒性反应，因此必须注意使交联反应醛会引起生理毒性反应，因此必须注意使交
25、联反应完全。胶原交联以后，酶降解速度显著下降完全。胶原交联以后，酶降解速度显著下降。应用应用-作为药物和基因输送系统作为药物和基因输送系统p缓释剂是指能够延缓药物释放、持续释药缓释剂是指能够延缓药物释放、持续释药8小时以上的一小时以上的一类制剂。类制剂。p胶原材料不仅生物相容性好，而且可通过降解机制控制药胶原材料不仅生物相容性好，而且可通过降解机制控制药物释放的速度，在生物材料领域有较多研究应用。在药物物释放的速度，在生物材料领域有较多研究应用。在药物缓释剂中，胶原或变性胶原明胶主要被用作药物载体、赋缓释剂中，胶原或变性胶原明胶主要被用作药物载体、赋型剂或缓释壳层等，缓释系统的形式有多种，如膜
26、海绵、型剂或缓释壳层等，缓释系统的形式有多种，如膜、海绵、片、微胶囊等。片、微胶囊等。p早在早在20世纪世纪70年代，国外就有用无端肽再生胶原制成的年代，国外就有用无端肽再生胶原制成的0.01一一0.5mm膜，对吸收的药物可缓慢释放的报道。随膜，对吸收的药物可缓慢释放的报道。随后，又相继对胶原药物缓释体系进行了研究，胶原可吸收后，又相继对胶原药物缓释体系进行了研究，胶原可吸收性缓释药膜、伤口控释抗生素、缓释微胶囊已有报道性缓释药膜、伤口控释抗生素、缓释微胶囊已有报道应用应用组织工程组织工程p胶原不仅可生物降解，促进细胞生长代谢，还可与其他天胶原不仅可生物降解，促进细胞生长代谢，还可与其他天然
27、高分子、无机或有机材料以及生物材料复合，这些优点然高分子、无机或有机材料以及生物材料复合，这些优点使其在组织工程中优势明显。近年，胶原在组织工程中的使其在组织工程中优势明显。近年，胶原在组织工程中的应用研究主要有以下几方面。应用研究主要有以下几方面。p活性人工皮肤活性人工皮肤p作为各类组织培养系统的支架。胶原与其它化合物或聚合作为各类组织培养系统的支架。胶原与其它化合物或聚合物复合后，可用于矫形外科或修复骨缺损。目前，一般是物复合后，可用于矫形外科或修复骨缺损。目前，一般是利用胶原与羚基磷灰石结合制成复合材料植入人体修复骨利用胶原与羚基磷灰石结合制成复合材料植入人体修复骨缺损。国内外有不少胶原
28、复合物在骨组织工程中应用的报缺损。国内外有不少胶原复合物在骨组织工程中应用的报道，表明胶原在骨组织工程中有道，表明胶原在骨组织工程中有3种作用种作用:作为支架材料，作为支架材料，可为骨细胞的生长提供支架和促进新骨生存可为骨细胞的生长提供支架和促进新骨生存;胶原的止血胶原的止血作用作用;具有覆盖陶瓷或金属植入物的功能。例如透明质酸具有覆盖陶瓷或金属植入物的功能。例如透明质酸一胶原复合物系统作为注射骨替代材料，经动物及临床实一胶原复合物系统作为注射骨替代材料，经动物及临床实验证实，复合物比单一或胶原具有更强的骨诱导性验证实，复合物比单一或胶原具有更强的骨诱导性胶原壳聚糖复合膜用于人工角膜生物矿化（
29、生物矿化（Biomineralization）p生物矿化是指在生物体内形成矿物的过程。与普通水溶液生物矿化是指在生物体内形成矿物的过程。与普通水溶液中无机盐的形成不同中无机盐的形成不同,生物体内矿物的形成。生物体内矿物的形成。p是在特殊反应介质、有机基质和细胞的参与下完成的。生是在特殊反应介质、有机基质和细胞的参与下完成的。生物膜所具有的高度有序环境对矿物晶体产生定向诱导物膜所具有的高度有序环境对矿物晶体产生定向诱导,控控制其成核、生长和聚集等过程。其矿化机理涉及有机大分制其成核、生长和聚集等过程。其矿化机理涉及有机大分子预组织、界面分子识别、生长调控和细胞加工等。子预组织、界面分子识别、生长
30、调控和细胞加工等。p由于生物矿化过程的复杂性由于生物矿化过程的复杂性,目前常用脂质体目前常用脂质体(囊泡囊泡)、胶、胶束、微乳液、自组装膜束、微乳液、自组装膜(SAMs)、单分子膜和液晶等体系、单分子膜和液晶等体系作为模板作为模板,模拟有机基质的调控作用和生物大分子的指导模拟有机基质的调控作用和生物大分子的指导作用。作用。自组装（self-assembly）p所谓自组装，是指基本结构单元所谓自组装，是指基本结构单元(分子，纳米材料，微米分子，纳米材料，微米或更大尺度的物质）自发形成有序结构的一种技术。在自或更大尺度的物质）自发形成有序结构的一种技术。在自组装的过程中，基本结构单元在基于非共价键
31、的相互作用组装的过程中，基本结构单元在基于非共价键的相互作用下自发的组织或聚集为一个稳定、具有一定规则几何外观下自发的组织或聚集为一个稳定、具有一定规则几何外观的结构。自组装过程并不是大量原子、离子、分子之间弱的结构。自组装过程并不是大量原子、离子、分子之间弱作用力的简单叠加，而是若干个体之间同时自发的发生关作用力的简单叠加，而是若干个体之间同时自发的发生关联并集合在一起形成一个紧密而又有序的整体，是一种整联并集合在一起形成一个紧密而又有序的整体，是一种整体的复杂的协同作用。体的复杂的协同作用。纳米羟基磷灰石纳米羟基磷灰石/胶原复合材料的制备和表征胶原复合材料的制备和表征p自组装的方法制备自组
32、装的方法制备 nHAC的新思路。这种方的新思路。这种方法的思路是在胶原分子自组装的同时制备纳法的思路是在胶原分子自组装的同时制备纳米相的羟基磷灰石米相的羟基磷灰石/胶原复合材料。按照这胶原复合材料。按照这种方法得到的材料从成分上和结构上都和天种方法得到的材料从成分上和结构上都和天然骨有着很大的相似性。相对于传统胶原然骨有着很大的相似性。相对于传统胶原/羟基磷灰石复合材料来说，由于此材料中羟羟基磷灰石复合材料来说，由于此材料中羟基磷灰石是纳米相，材料具有更好的生物学基磷灰石是纳米相，材料具有更好的生物学性能。性能。p作者对这种材料的理化性能进行了表征，并作者对这种材料的理化性能进行了表征，并讨论
33、了动力学因素对讨论了动力学因素对nHAC材料制备过程的材料制备过程的影响。影响。制备方法制备方法1.在酸溶的胶原溶液中缓慢滴加含有在酸溶的胶原溶液中缓慢滴加含有PO43-的溶液，的溶液，PO43-的量为每克胶原的量为每克胶原0.055mol滴加的同时搅拌，胶滴加的同时搅拌，胶原溶液的浓度为原溶液的浓度为0.02g/30ml;2.搅拌同时缓慢滴加含搅拌同时缓慢滴加含Ca2+的水溶液于步骤的水溶液于步骤1制备的制备的溶液中，加入的溶液中，加入的Ca2+量与第量与第1步中加的步中加的PO43-的摩尔的摩尔比为比为Ca：P=1.66；3.搅拌时缓慢滴加搅拌时缓慢滴加NaOH溶液至溶液至pH值为值为68
34、PH值值用试纸或用试纸或pH计测定，在计测定，在PH值为值为56时开始出现沉淀时开始出现沉淀pH值为值为7时出现白色悬浊液；时出现白色悬浊液；4.静置溶液静置溶液12天，除去上清，离心分离出沉淀，天，除去上清，离心分离出沉淀，用去离子水反复清洗三次后，放入冻干机内冰冻干燥，用去离子水反复清洗三次后，放入冻干机内冰冻干燥，随后研磨制成干粉随后研磨制成干粉样品的分析测定样品的分析测定 对得到的对得到的nHAC材料进行如下实验：材料进行如下实验：nXRD测定晶体结构测定晶体结构n热失重分析测定有机成分（胶原等）热失重分析测定有机成分（胶原等）的含量的含量nSEM结合结合EDS进行成分分析进行成分分
35、析n红外分析红外分析nHAC切片TEM形貌Nano-HA crystal矿化胶原纳米纤维的多级自组装p胶原溶液在4C下用10 mM HCl稀释成0.6 mg mL-1。CaCl2溶液（1.4 mL 0.1 M）滴加到10 mL胶原溶液中，混合均匀后保持10分钟。NaH2PO4溶液（0.84 mL 0.1 M）滴加到溶液中。溶液的pH用0.1 M NaOH溶液调整到7.0。当溶液的 pH超过6.0时，溶液达到过饱和，磷酸钙开始与胶原沉淀。溶液保持pH 7.0一个小时，沉淀用5000 rpm离心分离得到，然后悬浮在去离子水中以洗去盐。离心和悬浮的循环重复三次，最后样品冷冻干燥后研磨成细粉供实验检测
36、用。TEMp（A）磷钨酸负染的未矿化的自组装的胶原纤维的）磷钨酸负染的未矿化的自组装的胶原纤维的透射电镜照片显示胶原纤维的直径约为透射电镜照片显示胶原纤维的直径约为4.0 nm。（B）未染色的矿化的胶原纤维的透射电镜照片显）未染色的矿化的胶原纤维的透射电镜照片显示矿化的胶原纤维的直径约为示矿化的胶原纤维的直径约为5.56.9 nm。ABTEM更大的放大倍数下的矿化的胶原纤维。插入的图是对矿化胶原纤维作选区电子衍射。图中的星号是选区的中心，衍射区域的直径大约是200 nm。HRTEMp矿化胶原纤矿化胶原纤维的高分辨透维的高分辨透射电镜照片。射电镜照片。长箭头指出胶长箭头指出胶原纤维的长轴原纤维的长轴方向。两个短方向。两个短箭头指向两个箭头指向两个HA纳米晶体。纳米晶体。SEMp矿化胶原纤维的扫描电镜照片矿化胶原纤维的扫描电镜照片XRDp商业购买的商业购买的HA（A），矿化胶原纤维），矿化胶原纤维（B）和天然骨（）和天然骨（C）的）的XRD比较比较FTIR图图3-6 矿化胶原纤维（矿化胶原纤维（A），），HA沉淀沉淀（B）与重构胶原纤维（）与重构胶原纤维（C）IR比较。比较。
免费区 
