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两类硬组织自组装结构的生长机理研究

徐一飞  
【摘要】:生物硬组织是由磷灰石、碳酸钙等无机矿物的纳米晶体与有机物复合自组装形成的。硬组织中高度有序的复合结构使其具有优异的物理性质。对于硬组织的自组装生长机理和模拟制备,人们进行了大量的体内外研究。但由于硬组织形成过程的复杂性,我们对于其中的一些具体问题如牙釉质中柱状结构的形成机理等仍不够了解。硬组织结构的自组装生长机理研究因此仍受到广泛关注。 本文中我们发展了一种利用气液界面自组装生长硬组织结构的方法,成功制备了大尺寸羟基磷灰石(HAP)/硫酸软骨素(CHS)复合类牙釉质透明材料。该材料具有类似牙釉质的成分及柱状有序结构。我们发现微量氟元素的加入可以提高材料中HAP晶体的结晶度和有序性;CHS在反应过程中易于吸附在HAP晶体表面并与钙离子结合,从而促进了HAP晶体的成核及取向外延生长。实验结果表明该材料是由在气液界面上自组装形成的HAP球晶构成的;球晶受到气液界面与球晶间接触界面的限制而朝向溶液生长,取向性沿生长方向不断增加,最终形成了类似牙釉质的柱状结构。该生长模型可以被应用于解释牙釉质中柱状结构的自组装形成过程及其中晶体取向性的变化规律,并有可能应用于氧化锌、氧化钛等其它系统中类似的纳米有序阵列结构。文中提出的生长方法也为自组装生长具有硬组织结构的材料提供了一种简单高效的途径。 此外,我们还利用气体扩散法自组装生长了一种具有类似珍珠母片状形貌的球霰石球晶,该种球晶在生长过程中呈现六方对称的性质。我们通过原位观测等方法研究了其成分、结构及生长过程,并利用具有对称性的球晶生长模型初步解释了其特有的六方对称结构的形成机理。该工作有助于我们进一步了解球霰石球晶以及珍珠母结构的自组装形成过程。


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