牙釉质表面的功能化及其仿生矿化的应用基础研究

论文摘要

依据蛋白和有机基质调控生物矿化的机理,通过在牙釉质表面吸附牙釉基质蛋白和接枝不同活性基团等方法,系统研究了牙釉基质蛋白和不同活性基团对牙釉质表面生物矿化的影响,为深入探讨牙釉质的再矿化以及临床应用于治疗龋病提供理论基础和实验依据。本研究主要分为两部分:一、牙釉基质蛋白对牙釉质再矿化的影响采用乙酸法提取SD大鼠的牙釉基质蛋白并通过SDS-PAGE电泳对其分离纯化。利用石英晶体微天平技术研究牙釉基质蛋白在牙釉质表面的吸附行为以及在37℃模拟人工体液中诱导牙釉质表面羟基磷灰石晶体的形成和生长的作用效果。研究结果显示,大鼠牙釉基质蛋白主要为釉原蛋白和鞘蛋白。石英晶体微天平图像数据显示,共振频率随浓度的提高而降低;吸附量随浓度的提高稳定的增长;从D-F曲线中,可以得出在20μg/mL的蛋白溶液中,吸附蛋白成膜性表现出很好的附着力和膜刚性。定性分析和形貌表征显示,吸附牙釉基质蛋白的牙釉质表面矿化层含有羟基、磷酸根和碳酸根基团。牙釉质表面微球随着矿化时间的增长而增大,晶体表现出了良好的结晶度,组成上为含有少量Na+和CO32-取代的羟基磷灰石晶体。二、牙釉质表面功能化对牙釉质再矿化的影响通过巯基与羟基的键合作用,用水解法将HS（CH2）nX（-SO3H,-PO4H2,-COOH,-OH,-CH3）带有的不同活性基团接枝到牙釉质表面上形成自组装单层膜,然后浸入到37℃模拟人工体液中仿生矿化。研究结果证实了五种不同活性基团（-PO4H2,-SO3H,-COOH,-OH,-CH3）成功的接枝到牙釉质表面。除接枝甲基后的牙釉质表面表现了疏水性外,均表现了良好的亲水性。形貌表征显示,受自组装膜末端活性基团的静电控制作用,不同末端基团对羟基磷灰石晶体生长速率的影响依次为:-PO4H2＞-SO3H＞-COOH＞-OH＞-CH3;受自组装膜活性基团酸碱性的影响,带有-PO4H2、-SO3H、-COOH活性基团的牙釉质表面矿化生成的晶体出现了多孔状形貌;受模拟体液中的离子类别和矿化外因的影响,晶体表面出现了若干碳酸钙方块形晶体。综上所述,通过石英晶体微天平和自组装技术,成功的将牙釉基质蛋白和不同活性基团接枝吸附到牙釉质表面。研究结果表明无论是表面吸附蛋白还是接枝活性基团都能够很好的诱导羟基磷灰石晶体成核、生长和聚集,从而在国际上首次证实了蛋白和有机基质在牙釉质矿化过程中都起到了一定的调控作用,为今后利用生物矿化法治疗龋病提供试验基础。

论文目录

• 中文摘要
• Abstract
• 目录
• 第1章 前言
• 1.1 龋病的病因及其治疗方法
• 1.2 生物矿化
• 1.2.1 生物矿化
• 1.2.2 牙釉质的生物矿化
• 1.2.3 骨组织的生物矿化
• 1.2.4 材料性能对矿化的影响
• 1.3 仿生矿化
• 1.3.1 羟基磷灰石的仿生合成
• 1.3.2 自组装单层膜（SAMs）技术在生物矿化过程中的作用
• 1.4 论文选题及研究意义
• 1.4.1 选题的背景
• 1.4.2 选题的科学意义
• 1.4.3 拟解决的科学问题
• 1.4.4 研究方案
• 1.4.5 研究创新之处
• 第2章 牙釉基质蛋白的提取鉴定及分离纯化
• 2.1 引言
• 2.2 试验材料
• 2.2.1 试验动物
• 2.2.2 试剂与仪器
• 2.3 试验方法
• 2.3.1 发育期牙釉基质蛋白的准备
• 2.3.2 釉原蛋白的提取
• 2.3.3 蛋白质聚丙酰胺凝胶电泳（SDS-PAGE）
• 2.3.4 牙釉基质蛋白的纯化
• 2.4 结果
• 2.5 讨论
• 2.6 小结
• 第3章 牙釉基质蛋白在牙釉质表面的吸附性能研究
• 3.1 引言
• 3.2 试验材料
• 3.2.1 试验标木
• 3.2.2 试验试剂和仪器
• 3.3 试验方法
• 3.3.1 QCM样品池、金片表面的准备
• 3.3.2 牙釉质膜的制备
• 3.3.3 牙釉基质蛋白溶液的配制
• 3.3.4 石英晶体微天平的实时监测
• 3.3.5 QCM实验数据记录和处理分析
• 3.4 结果
• 3.5 讨论
• 3.5.1 蛋白质吸附动力学研究
• 3.5.2 QCM研究牙釉基质蛋白在电极上吸附性
• 3.5.3 牙釉基质蛋白在牙釉质表面的吸附规律
• 3.6 小结
• 第4章 牙釉基质蛋白诱导牙釉质表面矿化的基础研究
• 4.1 引言
• 4.2 试验材料
• 4.2.1 试验标本
• 4.2.2 试验试剂
• 4.2.3 试验仪器
• 4.3 试验方法
• 4.3.1 模拟体液（SBF）的制备
• 4.3.2 牙釉基质蛋白诱导矿化
• 4.3.3 矿化的形貌表征
• 4.4 结果
• 4.4.1 石英晶体微天平分析表征
• 4.4.2 红外光谱分析表征
• 4.4.3 原子力显微镜分析表征
• 4.4.4 扫描电子显微镜形貌表征
• 4.4.5 X射线衍射仪分析
• 4.5 讨论
• 4.5.1 牙釉基质蛋白中釉原蛋白的调控机理
• 4.5.2 基因调控下的牙釉质矿化过程
• 4.5.3 牙釉基质蛋白对羟基磷灰石晶体生长与形貌的影响
• 4.6 小结
• 第5章 牙釉质表面功能化与生物矿化的研究
• 5.1 引言
• 5.2 试验材料
• 5.2.1 试验标本
• 5.2.2 试验试剂
• 5.2.3 试验材料
• 5.2.4 试验仪器
• 5.3 试验方法
• 5.3.1 标本的制备
• 5.3.2 SAMs的制备
• 5.3.3 表面功能化牙釉质的仿生矿化
• 5.3.4 表征
• 5.4 结果
• 5.4.1 SAMs的表征
• 5.4.2 在SAMs上矿化表征
• 5.5 讨论
• 5.5.1 有机硫化物的SAMs形成机理
• 5.5.2 有机/无机界面分子识别机理
• 5.5.3 无机离子调控HAP晶体生长机理
• 5.5.4 SAMs诱导下晶体生长的机理
• 5.5.5 有机单分子膜对羟基磷灰石晶体生长与形貌的影响
• 5.6 小结
• 第6章 问题与展望
• 参考文献
• 在学期间发表论文清单
• 致谢