骨组织工程应用中,骨骼复合材料的仿生合成是用于发展新型生物材料一种重要的方案。清楚骨表面物质以及作用机理,对解决老年化骨质疏松和糖尿病问题意义重大。骨骼作为一种先进的复合材料,它包含了 70%的矿物质和30%的干重有机物,而有机物中包含了蛋白质和糖类两种成分。骨矿化实验研究,之前大多数研究工作都集中于胶原蛋白或肽链型支架研究,但最近研究发现糖类在骨生物矿化中的重要性。本文利用分子模拟技术在分子层次上研究了硫酸软骨素,葡萄糖,核糖与羟基磷灰石(简称HAP)表面的作用机理,为以后骨生物矿化实验提供重要的理论依据。1.硫酸软骨素与HAP表面的分子模拟。分子模拟方法研究了硫酸软骨素结构单元与HAP表面的作用机制,分析了硫酸软骨素结构单元吸附在材料表面的构象、作用机理及其关键作用基团和作用力类型。结果表明:硫酸软骨素结构单元与HAP表面存在两种很强的作用力,一是硫酸软骨素结构单元的羧基和羰基与材料表面的羟基之间形成强烈的氢键作用;二是硫酸软骨素形成的负电荷分子层与钙离子形成的正电荷离子层之间的强烈静电作用。硫酸软骨素中的酰胺基、羧基和磷酸根都是产生这些作用的关键基团。2.葡萄糖分子与HAP表面的分子模拟。研究了链状葡萄糖分子在HAP表面的存在机制,获得了分子在材料表面的不同构象,与美国生物材料国家实验室的固体核磁实验结果比较,非常吻合。此外,还研究了四种环状葡萄糖分子分别在真空,水环境中存在HAP表面的作用机制。分析材料表面水分子分布情况,小分子与周围水、表面相互作用形式。结果表明:水环境中,小分子与表面结合更加稳定。从分子层次上阐述了葡萄糖在HAP表面不同的存在机制,分析了它们的结构与材料表面作用机理的关系,为糖尿病人的葡萄糖分子的分布特点提供了重要理论依据。3.核糖分子与HAP表面的分子模拟。研究了链状核糖与四种环状核糖分子在HAP表面的存在机制,获得了链状核糖分子在材料表面的不同构象,非常吻合与美国生物材料国家实验室的固体核磁实验结果。在真空中,水环境中分别研究了四种环状核糖分子在材料表面的存在机理,结果表明:水对小分子吸附于材料表面具有一定的影响。从分子的角度,解释了核糖分子与HAP表面相互作用原理,为实验室研究骨矿化提供有利的理论依据。