三角帆蚌珍珠質微觀結構、礦化機制以及珍珠質涂層生長的研究.pdf

1、珍珠質是一種天然的生物復合材料，它是由大約95％的文石碳酸鈣和5％的有機基質交替疊加，層層復合而成，形成高度有序的微觀結構，類似于建筑上的磚墻。得益于這種高度有序的無機.有機復合結構，珍珠質表現(xiàn)出優(yōu)異的機械性能，尤其是抗斷裂韌性，比合成的文石高3000倍。不但如此，珍珠質還具有較高的生物相容性和成骨活性，是一種理想的骨修復和骨替代材料。因此，珍珠質的結構和性能以及其生物礦化機制吸引了眾多科學工作者的關注。
　　 本文采用掃描電鏡

2、(SEM)，透射電鏡(TEM)，X-ray衍射分析(XRD)，電子能譜(EDS)，喇曼光譜(Raman spectrum)，光學金相顯微鏡等分析測試方法，系統(tǒng)地研究了三角帆蚌貝殼的珍珠質層微觀結構和生長方式，并用氣氛擴散法體外模擬珍珠質的形成過程。本文利用貝殼的珍珠囊，成功地在鈦金屬牙種植體表面制備出珍珠質生物活性涂層。
　　 對貝殼珍珠質微觀結構的廣泛觀察發(fā)現(xiàn)，正常的珍珠結構具有有機.無機層層交疊的高度有序結構，無機相為文石碳

3、酸鈣構成。有機基質層的厚度和文石板片的厚度分別為20nm和500nm。TEM研究發(fā)現(xiàn)相鄰板片的晶體取向存在一定的差異。除了正常的珍珠質結構外，還存在3種比較常見的異常結構帶，包括柱狀珍珠質結構帶，針狀晶體結構帶和球狀晶體結構帶。柱狀珍珠質結構帶中，柱狀珍珠質形貌酷似鮑魚貝殼的珍珠質形貌，但是單個板片的厚度在1000-1300nm之間，為文石單晶。針狀晶體結構帶和球狀晶體結構帶由文石多晶構成。球狀晶體結構帶與鮑魚貝殼的生長線結構非常相似，

4、球狀晶體由棒狀文石晶體以放射狀方式組裝而成，SAD分析表明球狀晶體為文石多晶構成。異常結構的形成可能跟有機質異常分泌，導致文石晶體c軸方向生長失控有關。而從相應的貝殼中取得的珍珠的珍珠質微觀結構中卻未觀察到類似的異常結構，這個可能是由礦化微環(huán)境的不同導致的。
　　 文石板片的形核位置一般在下層文石板片的邊緣區(qū)域或者位于板片的邊界處。形核后，單個文石板片迅速呈現(xiàn)層狀結構。這種結構特征伴隨文石板片生長的整個過程。HRTEM分析發(fā)現(xiàn)，

5、文石板片的晶體內部存在許多晶格缺陷，而且這些缺陷都發(fā)生在文石晶體的(001)晶面上，結合前人的研究后，我們認為這些晶格缺陷可能是由于文石板片生長過程中包埋進晶體內部的有機大分子引起的，并且跟文石板片的層狀結構有一定的關聯(lián)。在體外模擬碳酸鈣沉積中，未經去有機質處理的珍珠質表面沉積的碳酸鈣晶體由文石構成，取向與珍珠質的文石晶體一致，而且呈現(xiàn)出板層結構；而在去有機質處理的珍珠質表面，盡管沉積的碳酸鈣晶體的晶型和取向都與珍珠質的文石一致，但是其

6、晶體形貌呈現(xiàn)出屋脊狀，而非板層狀；載波片基底上沉積的碳酸鈣是方解石、文石和球文石晶體的混合物。這些結果表明，有機大分子能吸附到文石晶體的(001)晶面上，控制文石晶體沿c軸方向生長，從而導致板層結構的文石晶體的形成。
　　 在本文的研究中，開發(fā)了一種新的涂層制備方法，即用生物法在鈦金屬牙種植體表面制備出天然的珍珠質涂層。將鈦金屬種植體植入到三角帆蚌的圓形珍珠囊中45天后，可以在種植體的表面沉積上珍珠質涂層。但是觀察發(fā)現(xiàn)，珍珠質涂