改性絲素蛋白-納米羥基磷灰石復(fù)合材料.pdf

1、天然高分子絲素具有獨(dú)特的力學(xué)性能，優(yōu)良的生物相容性，極好的吸濕保濕和抗微生物能力，并且來(lái)源廣泛，其與納米羥基磷灰石復(fù)合，有望克服純羥基磷灰石力學(xué)性能的不足，適用于硬組織尤其是負(fù)重骨的修復(fù)與替換。但再生絲素蛋白內(nèi)部大量次級(jí)交聯(lián)點(diǎn)(分子內(nèi)氫鍵作用)的存在，導(dǎo)致其變硬變脆，進(jìn)而造成了羥基磷灰石/絲素復(fù)合材料力學(xué)性能的不足。目前已有眾.多研究者通過(guò)不同的方法制備了羥基磷灰石/絲素蛋白復(fù)合材料，除了顆粒尺寸、復(fù)合方式不同之外，也均不可避免的存在力

2、學(xué)強(qiáng)度不夠的問(wèn)題。為了彌補(bǔ)該缺陷，本實(shí)驗(yàn)致力于減少這種次級(jí)交聯(lián)點(diǎn)，并構(gòu)建納米羥基磷灰石針晶在絲素網(wǎng)絡(luò)中分布的仿生結(jié)構(gòu)的研究。 首先，為了得到最佳的工藝參數(shù)，我們?cè)诓煌磻?yīng)條件下原位合成了納米羥基磷灰石(n-HA)/絲素復(fù)合材料。通過(guò)對(duì)合成過(guò)程中各種參數(shù)的考察，發(fā)現(xiàn)pH值高低及熱處理過(guò)程對(duì)復(fù)合材料的微觀形貌及構(gòu)象有顯著的影響；同時(shí)分析了復(fù)合材料中，羥基磷灰石晶體與絲素蛋白的結(jié)合方式及相互的作用。然后引入定量的交聯(lián)劑聚乙二醇二縮水甘

3、油醚(polyethylene glycol diglycidyl ether，簡(jiǎn)稱(chēng)PGDE)，希望其與絲素分子發(fā)生交聯(lián)反應(yīng)，從而抑制絲素分子內(nèi)部的氫鍵作用，減少次級(jí)交聯(lián)點(diǎn)。我們通過(guò)透射電鏡、X射線衍射、熱分析、紅外光譜、力學(xué)性能測(cè)試、掃描電鏡等手段對(duì)材料進(jìn)行了檢測(cè)與表征。 結(jié)果表明：本實(shí)驗(yàn)中以絲素蛋白、CaCl2和(NH4)2HPO4等為反應(yīng)原料用原位共沉淀法成功合成了納米羥基磷灰石/絲素蛋白復(fù)合材料。該復(fù)合材料的顆粒尺寸尺寸

4、為100-150nm，HA相在絲素溶液中成功合成，F(xiàn)TIR檢測(cè)結(jié)果證實(shí)，該復(fù)合材料中無(wú)規(guī)線團(tuán)結(jié)構(gòu)的絲素蛋白與羥基磷灰石晶體之間存在著強(qiáng)烈的化學(xué)相互作用，而沒(méi)有與HA相結(jié)合的絲素蛋白易溶于水中，在洗滌過(guò)程中流失。反應(yīng)中，pH值對(duì)復(fù)合材料的顆粒形態(tài)、成分及構(gòu)象均有顯著的影響，高pH利于分散性好且純度高的羥基磷灰石的形成，同時(shí)誘導(dǎo)了絲素構(gòu)象向β折疊轉(zhuǎn)變。再生絲素蛋白十分脆弱易碎，不易加工成樣品作力學(xué)性能檢測(cè)，而加入交聯(lián)劑后，絲素蛋自力學(xué)性能得

5、到明顯改善，并且隨著交聯(lián)劑加入量的增加，絲素的柔韌性也越好，但加入量過(guò)高，絲素蛋白的拉伸強(qiáng)度會(huì)降低。 在納米羥基磷灰石/絲素蛋白復(fù)合材料中，加入交聯(lián)劑PGDE對(duì)絲素蛋白進(jìn)行改性，可以顯著提高該復(fù)合材料的力學(xué)性能。力學(xué)測(cè)試數(shù)據(jù)顯示加入交聯(lián)劑的復(fù)合材料擁有更高的抗壓強(qiáng)度及彈性模量，這揭示了交聯(lián)劑對(duì)內(nèi)交聯(lián)的有效抑制作用，掃描電鏡結(jié)果反映出加入交聯(lián)劑的材料內(nèi)部缺陷明顯減少，致密度提高，脆性，得到了削弱。PGDE的引入，改變了復(fù)合材料顆粒