生物矿化与仿生材料的研究现状及展望

对于天然生物材料中的矿化组织结构和矿化机理的充分认识,可以为仿生设计与合成具有特定结构和功能的材料和器件提供理论依据。生物矿化组织的显微分级结构主要取决于生物控制的分子过程,包括晶体生核、生长,以及矿物结构的堆积方式,材料科学家和化学家首先在这一关键问题上做出了贡献。随着研究的深入,分子生物学家的加入,使这一研究已发展到细胞和基因的水平。探讨生物矿化过程中分子控制机理,即有机模板对无机晶体的调制作用,最具代表性的就是有机/无机界面分子识别理论。在此基础上给出生物矿化机理以及仿生制备的研究方向。     

碳酸钙生物矿化的体外研究进展

研究生物矿化的机理,可以为仿生制备新材料提供理论依据和合成手段,而碳酸钙是生物矿化的主要无机体系之一。近年来碳酸钙的体外研究使用了生物提取的或者人工合成的添加剂和模板,调控出了不同的碳酸钙晶型以及特殊的晶粒形貌,对于有机无机界面诱导矿化的机理给出了更多的原子水平的分析和验证,这些进展已经逐渐将生物矿化的研究带入了仿生的机理模拟阶段。在一些最新的研究成果中,使用微印法控制结晶位点,或者使用原子力显微镜观察微观生长形貌,或者从相转变角度认识矿化过程,这些研究为矿化研究今后的发展提供了新方向。     

仿生物矿化过程合成无机/有机复合体研究

仿生材料目前是各国科学家关注的焦点,理论与实验研究已经取得很大进展。本文主要对模仿生物矿化过程合成无机/有机复合体进行了综述。     

仿生物矿化过程合成无机/有机复合体研究

仿生材料目前是各国科学家关注的焦点,理论与实验研究已经取得很大进展。本文主要对模仿生物矿化过程合成无机/有机复合体进行了综述。     

生物矿化及其模拟应用

生物矿化重要的特征是细胞分泌的有机基质控制无机矿物的成核和生长,形成具有特殊组装方式和多级结构特点的生物矿化材料(如贝壳、骨等)。通过对生物矿化机理的模拟,已经合成了纳米微粒、有机-无机复合物、类生物矿物结构物质。     

北京大学化学与分子工程学院在仿生材料合成领域取得新进展

利用仿生合成原理来构筑具有多级有序结构的仿生材料近年来受到人们的广泛关注,而具有三维有序图案化结构的无机单晶的可控制备一直是人们面临的一项挑战。齐利民教授研究组最近利用胶体晶体模板法成功制备了具有三维有序纳米孔洞结构的碳酸钙单晶。该合成方法借鉴了自然界生物     

矿化细胞的仿生合成及其性能

为适应生存环境的不断变化,生物体可以在细胞的调控下组装生成胞内或胞外复杂且有序的无机有机复合纳米矿物质,从而得到具有胞内(外)无机纳米颗粒的矿化细胞.这些无机有机复合纳米矿物质赋予了生物体新的功能,使其在催化、电学、光学及生物医学等领域展现出了广泛的应用前景,同时也引起了人们极大的关注.受自然界生物矿化现象的启发,通过设计、修饰矿化基团,改性非矿化的生物体,人们构造出了类型多样、功能各异的矿化生物体.在此综述了利用仿生合成的方法,通过在细菌、真菌、植物及人体细胞等细胞内外合成不同种类无机有机复合纳米材料,从而得到具有新的应用性能矿化细胞的研究进展;着重评述了矿化细胞的仿生矿化合成方法、合成机制以及应用研究现状与前景,并对矿化细胞合成技术的发展趋势进行了展望.     

碳酸钙生物矿化研究进展——软模板调控

近年来碳酸钙的体外研究使用了生物提取的或者人工合成的添加剂和模板,调控出了不同的碳酸钙晶型以及特殊的晶粒形貌,对于有机无机界面诱导矿化的机理给出了更多的原子水平的分析和验证,这些进展已经逐渐将生物矿化的研究带入了仿生的机理模拟阶段。     

磷酸钙与胶原双相多级仿生骨组织工程支架研究

磷酸钙与胶原是天然骨组织的重要组成成分,介绍了一种仿生设计磷酸钙与胶原双相复合的多级仿生骨组织支架.采用双氧水发泡技术精确定制磷酸钙支架孔结构,结合真空灌注胶原以及仿生矿化技术,构建磷酸钙,胶原双相多级仿生骨组织支架,材料的孔结构及化学组分可实现定制设计.通过对支架材料测试表征,结果显示,这种无机/有机/无机多级仿生支架材有良好的力学性能.材料的体外细胞实验结果证实,这种多级仿生支架材料具有良好的生物相容性.     

骨再生修复材料的仿生制备及生物分子调控矿化

采用冷冻干燥和纳米合成技术,仿生制备出BG-COL-HYA-PS骨修复材料,并利用体外仿生矿化实验、生物组装技术、动物体内植入实验和组织形态学观察以及扫描电镜(SEM)、能谱微区分析(EDS)、X射线衍射(XRD)等技术,对材料分别在模拟体液、培养液中以及体内的生物矿化及其调控机制进行了研究.实验表明,胶原蛋白、透明质酸、磷酸丝氨酸等生物分子作为天然细胞外基质,在调控矿化方面起到了重要作用;所制备的材料可促进骨再生修复.     

仿生人工骨修复材料研究

骨缺损修复材料是临床需求量最大的生物医用材料之一.自体骨和异体骨移植的局限性使得研发优异的人工骨修复材料意义重大.通过模仿天然骨本身的成分、结构特性及生物矿化过程,对材料的组成、结构进行设计与调控,可以获得新型仿生人工骨修复材料,这已成为生物材料发展的主要趋势之一.文中概述了仿生人工骨修复材料的研究进展,重点介绍本课题组的相关研究,即类骨微纳米磷酸钙矿物的仿生合成、生物医用高分子仿生纳米纤维支架的制备和具有多级孔结构的自固化磷酸钙基骨修复材料的构建.     

仿生矿物材料的研究现状

近年来,随着仿生矿化的研究不断深入,研究思路和方法都有了较大的进步,文章主要介绍了生物矿物的种类、生物矿化的过程和简单机理以及生物矿物材料的研究现状。     

木材仿生制备生物结构陶瓷研究进展

 以自然界的生物为模板,利用仿生学原理,通过有机-无机转化,获得具有生物结构的陶瓷材料已成为设计、合成材料新的方向。这种生物结构陶瓷材料在光、电、磁、力学方面表现出优异的性能,具有巨大的发展潜力和广阔的应用领域。本文介绍以木材为模板制备生物结构陶瓷的研究现状、制备方法和性能特点。     

釉原蛋白诱导氟基硅酸钙仿生矿化牙齿性能研究

牙组织修复与再生一直是医学亟待解决的问题.采用氟基硅酸钙生物陶瓷材料对牙齿进行仿生矿化修复,在模拟仿生矿化液中,对酸蚀的牙齿进行处理,在釉原蛋白诱导下进行矿化,构建仿生牙组织结构.矿化层的性能表征结果显示,釉原蛋白诱导氟基硅酸钙能在牙釉质表面形成仿生矿化层,且较单一的氟基硅酸钙诱导形成磷灰石矿化层更加致密,力学性能更加优异,且晶粒有序排列,沿着一定方向定向生长,形成类似于骨及牙齿的纳米磷灰石晶粒结构,具有较好的生物相容性.     

三维丝素蛋白/羟基磷灰石支架的生物学性能

综合运用丝素蛋白纤维网的非编织制作方法和仿生矿化法,构建三维多孔丝素蛋白/纳米羟基磷灰石复合支架.通过体外蛋白酶降解和成骨细胞培养,对支架材料的生物学性能进行初探.发现蛋白酶对丝素蛋白降解的作用大小依次为,蛋白酶K＞胰蛋白酶＞α-糜蛋白酶＞Ⅰ型胶原酶.所构建的支架显示出良好的生物相容性并能促进成骨细胞生长和分化.三维多孔丝素蛋白/纳米羟基磷灰石支架可望成为新型有机/无机复合生物材料,为骨组织工程支架的设计提供了新的思路.     

多金属氧酸盐结构研究的新进展

当前,一大批结构新颖的多金属氧酸盐被合成出来,这些化合物大致可分为以下四类:(1)高核轮簇状多金属氧酸盐;(2)充当模板剂的多金属氧酸盐;(3)以多金属氧酸盐为建筑块的高维孔状的有机-无机杂化材料;(4)仿生化的多金属氧酸盐。     

大豆胰岛素指导下具有分级结构碳酸钙的仿生合成

根据仿生矿化的基本原理,在水溶液中以大豆胰岛素抑制剂为基质,CaCl2为钙源,NH4HCO3为CO2来源,利用气体扩散的方法合成了半球状有三叉状凸起结构的碳酸钙晶体.对所得碳酸钙做了XRD,SEM,FT-IR和PL等表征,结果发现所得碳酸钙为方解石型,含有少量蛋白质基质,属于有机无机杂化材料.     

细菌纤维素组织工程支架的仿生矿化研究

骨骼创伤已经成为当今影响人类健康的一大病症。因此,骨修复材料就成为研究的一大热点。骨组织工程支架作为重要的骨修复材料,可以诱导成骨细胞生长并为新骨生长提供条件。传统的骨组织工程支架包括合成高分子(如聚乳酸、聚乙醇酸等)和天然高分子(如胶原、壳聚糖等)。与传统支架材料相比,细菌纤维素(BC)具有良好的生物相容性、精细的纳米空间三维网络结构,有作为组织工程支架的潜能。通过仿生矿化处理,BC纳米纤维表面可以生长出羟基磷灰石(HA)的晶体颗粒,且HA颗粒均匀覆盖在纳米纤维表面。通过热分析得出,仿生矿化处理会使BC的热稳定性得到一定的提升。     

模板组装制备多孔SiO2及其在纳米材料中的应用

采用不同的几何模板 ,通过溶胶 -凝胶过程 ,探索了模板组装制备孔径形状、尺寸大小可控的微孔氧化硅材料 ;讨论了模板组装合成材料的孔径控制 ,并论述了其在纳米材料中的研究及应用前景     

模板组装制备多孔SiO2及其在纳米材料？…

采用不同的几何模板，通过溶胶－凝胶过程，探索了模板组装制备孔径形状、尺寸大小可控的微孔氧化硅材料；讨论了模板组装合成材料的孔径控制，并论述了其在纳米材料中的研究及应用前景。