,606 北京科技大学学报 第29卷 件析出样品的X衍射图谱 模式来概括；再者，由于生命过程的复杂性导致生物 800r 1-HA-8.10 矿化过程的复杂性，在生物体内直接观察研究生物 70 2-HA-7.75 3-HA-7.45 矿化过程几乎是不可能的，因此，大部分的矿化理 4-HA-7.43 论来自于体外矿化实验， 5-HA-7.40 4结论 300 200 (1)寻找到一种新的膜组装体系，即阴离子型 102030405060708090100 聚电解质PDAC稀溶液和阳离子型聚电解质PSS 20() 稀溶液，通过逐层自组装的方式制成有机基质薄膜， 图5不同pH值羟基磷灰石析出时晶体的XRD (2)进行了模拟体液中羟基磷灰石析出结晶的 Fig.5 XRD patterns of hydroxyapatite crystals at different pH val- 研究，发现H不同时对所诱导生成的磷酸钙晶体 ues 形貌影响非常大，即使是pH从7.45到7.43和 7.40本身相差很小的范围内，在晶体的晶形上却有 从图5可以看出，虽然在电镜扫描图上，各种情 很大的变化，分别形成了各自不同的晶体形状，因此 况下的形貌有较大的不同，然而其衍射的谱线却基 在利用自组装膜和SBF模拟体液进行生物矿化模 本一致，各玻璃片上膜的组装情况是一样的，最后 的诱导结晶时间也是一样的，然而却很明显地可以 拟时，首先要考虑到pH对结晶重要的影响， 看到当pH=7.40时膜的诱导结晶更为明显和突 (3)实验结果发现当pH的值为7.40时，利用 出.当溶液和体液的pH一样时可以更好的诱导结 自组装膜和SBF模拟体液进行生物矿化得到的晶 晶，且其晶型和自然析出时一致的原因还有待进一 体最为细致紧密，而体液的pH值即为7.40左右， 人体中致密骨的构造就是很密实的晶形，和骨中的 步研究 胶原蛋白及其他物质结合在一起. 3生物矿化机理分析 参考文献 骨是具有复杂分级结构的天然生物复合材料， [1]戴永定.生物矿物学.北京：石油工业出版社，1994：72 其以廉价的组元经过精巧的组装而获得优异的性 [2]崔福斋，冯庆玲生物矿物及生物矿化原理·北京：科学出版 能.在研究了包括骨在内多种生物硬组织的成分、 社，1996：74 结构及性能的基础上，人们对生物矿化过程有了一 [3]Lu H B.Maclet.Controlled crystallization of calcium phosphate 些认识，利用其中所包含的基本原理，材料科学家们 under stearic acid monolayers.J Cryst Growth.1995.155:120 [4]彭安，王文华.环境生物无机化学，北京：北京大学出版社， 进行了仿生材料设计和制造具有优异性能的结构与 1991:192 功能材料：在生物医学材料领域，仿生思想尤为重 [5]杨频.我国生物无机化学的发展.化学通报，1999,12：1 要.对骨来说，其强度和韧性最佳匹配的综合力学 [6]戴永定，刘铁兵，沈殿英.生物成矿作用与生物矿化作用，古 性能与有机和无机组元的微结构特征及在分子水平 生物学报，1994,33(5)：577 上的独特组装密不可分.骨中的有机基质模板一 [7门原续波，苗春秀，原艳波，等.生物分子自组装材料化学工 业与工程，2000,17(2)：84 I型胶原，限定了矿物晶体形核的位置和生长的空 [8]王一平，朱丽，李韦华，等.。仿生合成技术及其应用研究.化 间，而含量极微的某些非胶原性蛋白，如骨蛋白则可 学工业与工程，2001,18(5)：272 作为形核的引物并规范矿物的取向，这使得骨中具 [9]郭兴林，谢琼丹，赵宁，等.仿生高分子的研究进展.化学进 有磷灰石结构的矿物相晶体大部分处在胶原分子间 展，2004,16(6)：1023 隙处，尺寸在纳米量级，晶体c轴择优取向平行于胶 [10]Olaf G.Peer L.Biomimetic nucleation and growth of CaCO3 in 原纤维，骨中各组元的形成及组装是在细胞的调控 hydrogels incorporation carboxylate groups Biomaterials.2004. 25(2):277 下完成的，而这些组元及由它们构成的复杂结构反 [11]赵建明，麦康森，张文兵，等.贝壳珍珠层及其仿生应用，高 过来又会影响细胞的活动和功能[812] 技术通讯，2003,13(11)：94 生物矿物材料结构极其繁杂多样，每一种类的 [12]张文兵，麦康森，谭北平，等.缺磷对皱纹盘鲍贝壳生物矿 生物都有自己独特的矿化机理，很难用一种统一的 化的影响.高技术通讯，2002,12(9)：59 (下转第626页)件析出样品的 X 衍射图谱． 图5 不同 pH 值羟基磷灰石析出时晶体的 XRD Fig．5 XRD patterns of hydroxyapatite crystals at different pH val￾ues 从图5可以看出‚虽然在电镜扫描图上‚各种情 况下的形貌有较大的不同‚然而其衍射的谱线却基 本一致．各玻璃片上膜的组装情况是一样的‚最后 的诱导结晶时间也是一样的‚然而却很明显地可以 看到当 pH＝7∙40时膜的诱导结晶更为明显和突 出．当溶液和体液的 pH 一样时可以更好的诱导结 晶‚且其晶型和自然析出时一致的原因还有待进一 步研究． 3 生物矿化机理分析 骨是具有复杂分级结构的天然生物复合材料‚ 其以廉价的组元经过精巧的组装而获得优异的性 能．在研究了包括骨在内多种生物硬组织的成分、 结构及性能的基础上‚人们对生物矿化过程有了一 些认识‚利用其中所包含的基本原理‚材料科学家们 进行了仿生材料设计和制造具有优异性能的结构与 功能材料：在生物医学材料领域‚仿生思想尤为重 要．对骨来说‚其强度和韧性最佳匹配的综合力学 性能与有机和无机组元的微结构特征及在分子水平 上的独特组装密不可分．骨中的有机基质模板－－－ I 型胶原‚限定了矿物晶体形核的位置和生长的空 间‚而含量极微的某些非胶原性蛋白‚如骨蛋白则可 作为形核的引物并规范矿物的取向‚这使得骨中具 有磷灰石结构的矿物相晶体大部分处在胶原分子间 隙处‚尺寸在纳米量级‚晶体 c 轴择优取向平行于胶 原纤维．骨中各组元的形成及组装是在细胞的调控 下完成的‚而这些组元及由它们构成的复杂结构反 过来又会影响细胞的活动和功能［8－12］． 生物矿物材料结构极其繁杂多样‚每一种类的 生物都有自己独特的矿化机理‚很难用一种统一的 模式来概括；再者‚由于生命过程的复杂性导致生物 矿化过程的复杂性‚在生物体内直接观察研究生物 矿化过程几乎是不可能的．因此‚大部分的矿化理 论来自于体外矿化实验． 4 结论 （1） 寻找到一种新的膜组装体系‚即阴离子型 聚电解质 PDAC 稀溶液和阳离子型聚电解质 PSS 稀溶液‚通过逐层自组装的方式制成有机基质薄膜． （2） 进行了模拟体液中羟基磷灰石析出结晶的 研究‚发现 pH 不同时对所诱导生成的磷酸钙晶体 形貌影响非常大‚即使是 pH 从7∙45到7∙43和 7∙40本身相差很小的范围内‚在晶体的晶形上却有 很大的变化‚分别形成了各自不同的晶体形状‚因此 在利用自组装膜和 SBF 模拟体液进行生物矿化模 拟时‚首先要考虑到 pH 对结晶重要的影响． （3） 实验结果发现当 pH 的值为7∙40时‚利用 自组装膜和 SBF 模拟体液进行生物矿化得到的晶 体最为细致紧密‚而体液的 pH 值即为7∙40左右‚ 人体中致密骨的构造就是很密实的晶形‚和骨中的 胶原蛋白及其他物质结合在一起． 参 考 文 献 ［1］ 戴永定．生物矿物学．北京：石油工业出版社‚1994：72 ［2］ 崔福斋‚冯庆玲．生物矿物及生物矿化原理．北京：科学出版 社‚1996：74 ［3］ Lu H B‚Maclet．Controlled crystallization of calcium phosphate under stearic acid monolayers．J Cryst Growth‚1995‚155：120 ［4］ 彭安‚王文华．环境生物无机化学．北京：北京大学出版社‚ 1991：192 ［5］ 杨频．我国生物无机化学的发展．化学通报‚1999‚12：1 ［6］ 戴永定‚刘铁兵‚沈殿英．生物成矿作用与生物矿化作用．古 生物学报‚1994‚33（5）：577 ［7］ 原续波‚苗春秀‚原艳波‚等．生物分子自组装材料．化学工 业与工程‚2000‚17（2）：84 ［8］ 王一平‚朱丽‚李韦华‚等．仿生合成技术及其应用研究．化 学工业与工程‚2001‚18（5）：272 ［9］ 郭兴林‚谢琼丹‚赵宁‚等．仿生高分子的研究进展．化学进 展‚2004‚16（6）：1023 ［10］ Olaf G‚Peer L．Biomimetic nucleation and growth of CaCO3in hydrogels incorporation carboxylate groups．Biomaterials‚2004‚ 25（2）：277 ［11］ 赵建明‚麦康森‚张文兵‚等．贝壳珍珠层及其仿生应用．高 技术通讯‚2003‚13（11）：94 ［12］ 张文兵‚麦康森‚谭北平‚等．缺磷对皱纹盘鲍贝壳生物矿 化的影响．高技术通讯‚2002‚12（9）：59 （下转第626页） ·606· 北 京 科 技 大 学 学 报 第29卷