貝殼珍珠質(zhì)及交叉疊片結構體外類(lèi)骨磷灰石生長(cháng)的對比研究

軟體動(dòng)物貝殼的種類(lèi)繁多，外部形態(tài)豐富多彩，內部微觀(guān)結構也多種多樣 貝殼常見(jiàn)的微觀(guān)結構有七種：棱柱結構、片狀珍珠質(zhì)結構、柱狀珍珠質(zhì)結構、葉狀結構、交叉疊片結構、復雜交叉疊片結構以及均質(zhì)結構[1,2] 貝殼由無(wú)機相碳酸鈣以及少量的有機基質(zhì)組成，是一種天然陶瓷基復合材料[3~5] 珍珠質(zhì)結構，由質(zhì)量分數約為95%的文石碳酸鈣和5%的有機質(zhì)組成 與其礦物成分碳酸鈣相比，硬度提高了約兩倍，斷裂功提高了約三個(gè)數量級[6] 因此，具有獨特結構和優(yōu)異力學(xué)性能的珍珠質(zhì)，受到了極大的關(guān)注[7~9] 為了確定能否將力學(xué)性能優(yōu)異的珍珠質(zhì)結構材料作為一種新型骨修復替代生物材料，對其成骨作用、生物相容性和可降解性進(jìn)行了深入研究[10~15] 1992年Lopez等[11]進(jìn)行的體外實(shí)驗證實(shí)，珍珠質(zhì)具有誘導造骨細胞活化成骨的作用 1999年，Lamghari等[12]進(jìn)一步將珍珠質(zhì)結構移植到活體內，將珍珠質(zhì)粉末混合自體血液植入羊的腰椎骨中 結果表明，8周后珍珠層逐漸溶解，12周后逐漸被新成骨所代替 這表明，珍珠質(zhì)結構含有一個(gè)或多個(gè)信號分子，如骨形成蛋白(BMP)，能激活成骨骨髓細胞而使骨形成 2002年，Liao等[13]將珍珠質(zhì)塊狀材料植入大鼠股骨，沒(méi)有出現排異反應且在14 d后在植入體與股骨之間生成了一層融合界面，新的髓骨被重新吸收，重新生成了骨髓，且有一層薄薄的骨組織覆蓋在植入體的表面 但是，與珍珠質(zhì)結構相比，交叉疊片結構在貝殼中的分布更為廣泛，超過(guò)90%的貝殼中含有這種結構[16] 與珍珠質(zhì)結構的二維各向異性相比，交叉疊片結構具有更為復雜的三維各向異性，以及優(yōu)異的力學(xué)性能[7,9] 2018年，Wang等[17]研究了紫石房蛤貝殼中交叉疊片結構的體外生物活性 結果表明，這種結構具有優(yōu)異的生物活性，可用于設計硬組織替換生物材料的仿生結構 但是對珍珠質(zhì)和交叉疊片結構的成骨作用以及與之相關(guān)的生物相容性和可降解性的對比研究，還比較少 鑒于此，本文研究交叉疊片和珍珠質(zhì)結構片層的磷灰石的轉換能力和體外生物活性，以便發(fā)現兼具力學(xué)性能和生物活性的貝殼結構 1 實(shí)驗方法1.1 實(shí)驗用材料 實(shí)驗用扇貝和褶紋冠蚌是自然干燥的，取自于大連海域，其宏觀(guān)形貌分別在圖1a，e中給出 扇貝為雙殼綱，褶紋冠蚌也為雙殼綱，殼厚而堅實(shí)，呈長(cháng)橢圓形，殼長(cháng)180 mm，殼高70 mm，殼面黑褐色或灰色，圖1e中貝殼