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在自然界中,生命体矿化合成的有机/无机复合材料具有独特的多级结构并以巧妙的组合方式结合在一起,使得这些材料具有惊人的韧性、强度、硬度等。这是因为在生物矿化过程中分泌的有机物对无机矿物的结晶过程进行了调控作用。有机物的调控使得晶体的结晶体系中产生了特有的表面和界面,决定了晶体颗粒成核位点、生长空间、生长取向,改变了晶体的结构,从而进一步改变了晶体的功能性。因此在生物矿化过程中有机物对晶体生长的调控具有非常重要的影响。相比合成的高分子,天然高分子不仅具有独特的结构与组成,而且无毒、可降解、具有生物活性,因此本论文选用丝素(Silk Fibroin,SF)为有机基质,采用磷酸钙水泥(CPC)水化法制备了SF/磷酸钙(CaPs)原位复合材料,通过气/液接扩散法研究了SF调控碳酸钙和磷酸钙的矿化。本论文包括以下三个方面: (1)将不同添加量的CPC于SF溶液中混合搅拌使其发生水化反应生成SF/CaPs原位复合材料。原位生成的羟基磷灰石(HA)在SF中不仅分散性好,且与SF具有良好的结合界面。SF浓度的增加从0.25%(w/v)增加到2%(w/v),CaPs颗粒增多,分布均匀,Ca2+离子浓度从20mM增加到160mM,CaPs颗粒增多,出现大面积的团聚,表明SF侧链的COO-离子能够与Ca2+离子结合,SF浓度增加结合位点增多,Ca2+离子浓度增加结合位点不足。温度升高,反应时间延长,CaPs颗粒分散性增强,表明在高温和长时间的反应过程中SF出现了一定程度的降解,减少了对HA晶体生长的束缚。 (2)采用气/液扩散法利用SF调控CaCO3矿化,使用XRD、SEM等技术详细地研究了SF溶液浓度、矿化时间、矿化液初始pH、Ca2+浓度等因素对CaCO3晶体的矿化行为的影响。研究发现,随着SF浓度的增加、反应时间的延长,晶体表面结构由简单的片层结构向复杂的多面体发展,当SF浓度达到2%(w/v)时出现了两个孪生半球体的花状CaCO3晶体形貌,表明SF能够促进晶体表面结构多样化。溶液pH值增加,晶体表面多面体尺寸被拉长。Ca2+浓度增加,晶体表面由三面体转变为四面体和五面体,浓度为120mM时出现了最大尺寸的晶体颗粒,浓度为160mM生成的晶体颗粒尺寸正常,表明Ca2+浓度过量会抑制晶体的生长。 (3)通过碳酸铵气液扩散的方法利用SF调控CaP矿化。采用SEM、XRD、EDS、FTIR等表征方法,研究SF浓度、矿化时间和Ca2+浓度等因素对CaP晶体矿化行为的影响。实验中生成的CaP晶体主要为OCP晶体。相同条件下,不添加SF得到的晶体形貌是带状的花,而添加SF得到的晶体是多孔微球。随着SF浓度的增加,多孔微球表面逐步由片层转变为褶皱。这表明SF会抑制OCP的晶体的发散生长,能够促进其成球。乙醇的介入能够促进OCP微球生成片状折叠的花球状晶体形貌,这可能是因为乙醇能够使SF自身发生构象转变,从而减少对微球发散式生长的抑制。 本论文使用SF生物矿化无机物,模拟了自然界中的生物矿化过程,对研究天然生物矿化的机理以及制备新型无机-有机生物材料有一定的参考意义。