【摘 要】
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(引言)在骨组织的复杂受力环境中,流体剪切力被认为是骨组织细胞在生理条件下受到的最主要力学刺激方式.[1-3](材料与方法)研究中首先使用化学湿法制备无定型磷酸钙前体,采用锥板粘度计在磷酸钙的结晶过程中提供4 个不同大小(0.5,1.0,1.5,2.0 Pa)的均一稳定的流体剪切力.通过原子发射光谱进行钙磷比的检测,采用透射电镜对所得磷灰石形貌进行观察.对于胶原自组装结构影响的探究,本实验采用锥板
【机 构】
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北京航空航天大学生物与医学工程学院,北京 100191
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(引言)在骨组织的复杂受力环境中,流体剪切力被认为是骨组织细胞在生理条件下受到的最主要力学刺激方式.[1-3](材料与方法)研究中首先使用化学湿法制备无定型磷酸钙前体,采用锥板粘度计在磷酸钙的结晶过程中提供4 个不同大小(0.5,1.0,1.5,2.0 Pa)的均一稳定的流体剪切力.通过原子发射光谱进行钙磷比的检测,采用透射电镜对所得磷灰石形貌进行观察.对于胶原自组装结构影响的探究,本实验采用锥板粘度计在胶原自组装过程中提供4 个不同大小(0.5,1.0,1.5,2.0 Pa)的均一稳定的流体剪切力.通过猩红染色进行胶原自组装程度检测,采用粘度测定对胶原进行流变学特性分析,圆二色光谱检测以探究胶原二级结构,扫描电镜和原子力显微镜对胶原纤维进行观察.(结果与讨论)实验结果显示,低剪切力(≤ 1.0 Pa)会对磷酸钙在陈化阶段晶体伸长与从无定形磷酸钙到羟基磷灰石的转变有积极作用,有利于加速形成有序的缺钙磷灰石结构；而高剪切力(＞ 1.0 Pa)对此无效甚至有抑制作用,因为所得缺钙磷灰石的形貌欠佳结构受损.剪切力作用下得到更长且直的微晶,具有趋于某种取向的晶体结构,这一结构有可能对其力学特性及生物学特性具有积极作用.生物活性评价结果说明,在与前成骨细胞共培养中,1.0 Pa 流体剪切力作用9 h的磷酸钙样品较静置组样品具有更好的细胞相容性.对于胶原自组装结构影响的探究发现,没有外力作用时,胶原链之间依靠氢键和共价键紧密结合,而在剪切力作用下,链与链之间的作用力被削弱,发生一定程度解螺旋,纤维粒径减小,刚性减弱,且作用力越大,效果越明显.另外,在流体剪切力作用下,胶原纤维更易朝单一方向进行组装,形成有序结构.在后续实验中我们还研究了流体剪切力对于磷灰石和胶原纤维相互作用的影响.(结论)通过本研究发现应力环境对无定型磷酸钙向结晶态转变以及胶原自组装过程都会产生重要影响.本研究的结果能够有助于更好的理解骨生物矿化的机制,同时为开发新型骨修复材料提供一种新的思路.
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