【正文】 者過渡型結(jié)構(gòu)．2．2釉原蛋白的超分子自組裝牙釉組織的復(fù)雜結(jié)構(gòu)與成釉質(zhì)細胞的活動和釉質(zhì)基質(zhì)蛋白的特性密切相關(guān)．釉柱的發(fā)生及規(guī)則排布是細胞直接調(diào)控的結(jié)果，而納米結(jié)構(gòu)的構(gòu)建是通過以釉原蛋白為主要成分的釉質(zhì)基質(zhì)的介導(dǎo)完成的，尤其是磷灰石晶體的獨特形貌、尺寸、擇優(yōu)取向及規(guī)則組裝．發(fā)育初期的牙釉組織中有機基質(zhì)含量約占三分之一，其中90％為釉原蛋白．全序列釉原蛋白分子富含脯氨酸、谷氨酸、組氨酸及亮氨酸，主體疏水性較強，而羧基端的十幾個氨基酸序列具有較高的親水性并存在帶電基團的富集．目前對該蛋白分子的二級結(jié)構(gòu)和三級結(jié)構(gòu)的認識還很有限，部分原因在于其具有較強的團聚特性．研究表明釉原蛋白可自組裝成為直徑幾十個納米的球狀團聚體，這種“納米球”結(jié)構(gòu)被認為是發(fā)育期牙釉組織細胞外基質(zhì)的基本結(jié)構(gòu)單元蛋白中進一步發(fā)現(xiàn)該蛋白可通過分子的逐級組裝形成多聚體，“納米球”及“納米球鏈”，直至具有雙折射特性的微米尺度的條帶狀高級結(jié)構(gòu)L30捌J，以這種“微條帶”為礦化模板在體外構(gòu)建了高度取向的磷灰石晶體的平行規(guī)則排布，形貌上與發(fā)育期的釉柱結(jié)構(gòu)有一定的相似性Ⅲ]，由此揭示了釉原蛋白自組裝形成的“納米球鏈”結(jié)構(gòu)在牙釉礦化早期晶體的取向形核中起著重要調(diào)控功能∞1。．理論計算和實驗數(shù)據(jù)表明釉原蛋白單體具有不對稱的雙極性分子結(jié)構(gòu)，其富集電荷的親水羧基端保持較自由的結(jié)構(gòu)，分子流體力學(xué)半徑為2．2nm，單體分子通過疏水相互作用形成二聚體、三聚體及六聚體等，進而組裝成為半徑10～25nm的“納米球”，以“納米球”為單位可構(gòu)建多種更高層級的結(jié)構(gòu)，其中以lO～15個“納米球”線性排列組裝成的“納米球鏈”結(jié)構(gòu)可以使團聚體的體積最小化，因而對于釉原蛋白這樣的疏水性分子在水溶液環(huán)境中保持穩(wěn)定結(jié)構(gòu)是較為有利的．“納米球鏈”進一步的側(cè)向結(jié)合最終組裝成為微米級的條帶結(jié)構(gòu)，而釉原蛋白分子的雙極性特性對這些結(jié)構(gòu)的形成、穩(wěn)定及有序化重構(gòu)具有重要作用．目前多個研究小組正在致力于闡明上述釉原蛋白分級組裝過程中的驅(qū)動力、分子內(nèi)和分子間相互作用及影響因素．2．3釉質(zhì)基質(zhì)蛋白與礦物的相互作用釉原蛋白的親水羧基端端肽對于分子與礦物相的相互作用非常重要．研究顯示，該段氨基酸序列被酶解去除后的釉原蛋白易于形成較大的團聚體，而與磷灰石的親和性則顯著降低Ⅲ1．體外礦化的實驗表明，該段序列對于從過飽和溶液中沉積的磷灰石晶體形成有取向的集束狀結(jié)構(gòu)是必不可少的p5|．在人類的釉原蛋白分子中，位于該片段的遺傳缺陷可導(dǎo)致稱之為釉質(zhì)發(fā)育不全的疾病的產(chǎn)生∞引．根據(jù)生物礦化的一般性原則，該片段序列上帶電基團的富集使其成為潛在的礦物形核功能位點，但相關(guān)機理目前還不清楚．釉原蛋白對礦物相的作用還體現(xiàn)在對晶體形貌的影響上．若干體外礦化實驗均表明釉原蛋白可以增大磷酸八鈣晶體的長徑比，使原本片狀的磷酸八鈣晶體長成具有條帶狀的形貌，并且這種影響與蛋白劑量呈正相關(guān)舊7。38J，這種作用被認為是與釉原蛋白的疏水特性有關(guān)，導(dǎo)致蛋白與晶體不同晶面的相互作用產(chǎn)生差異，由于釉原蛋白在磷酸八鈣晶體的(010)晶面上的強吸附使得晶體在對應(yīng)晶向上的生長受到抑制，從而改變了晶體的形貌,釉蛋白是釉質(zhì)基質(zhì)中的酸性非釉原蛋白，與磷灰石有高度的親和性，有可能在牙釉礦物的形核中起著關(guān)鍵作用，體外實驗已經(jīng)證明釉蛋白可以與釉原蛋白協(xié)同作用，促進磷灰石的形核舊引．另一種重要的非釉原蛋白——成釉蛋白具有鈣結(jié)合位點，但其在礦化過程中所起的作用仍有待研究．3磷酸鈣系生物醫(yī)用材料的仿生合成以羥基磷灰石為代表的磷酸鈣陶瓷因為與骨骼和牙齒中礦物相的化學(xué)成分相近而成為備受重視的硬組織替代材料．這類生物活性材料具有優(yōu)異的骨傳導(dǎo)性能，并能夠與骨組織形成化學(xué)鍵合，一般認為其鍵合機理是因為在材料表面形成一個生物活性的無細胞層，其中富含磷酸鈣、粘多糖及糖蛋白，為膠原和骨礦的沉積提供了適宜環(huán)境．但傳統(tǒng)生物活性陶瓷材料的一些內(nèi)在弱點也限制了其應(yīng)用，并促使人們發(fā)展先進的材料制備技術(shù)以獲得性能更為優(yōu)越的替代材料．基于對天然生物礦化過程和機理的認識，利用生物結(jié)構(gòu)和系統(tǒng)，或者通過構(gòu)建與生物結(jié)構(gòu)和系統(tǒng)相類似的人工體系，模擬礦化過程，合成與天然生物礦化材料在成分、結(jié)構(gòu)、過程控制、功能表達上均相似的人工材料，是仿生材料合成的一個重要研究內(nèi)容．Mann將生物體內(nèi)的礦化過程歸納為四個階段．近年來磷酸鈣系生物醫(yī)用材料的仿生制備研究已有很多．應(yīng)用天然生物大分子及合成有機高分子材料作為模擬礦化的基質(zhì)或模板，以構(gòu)建結(jié)構(gòu)上類似生物礦物的復(fù)合材料或復(fù)合薄膜材料．如stupp等合成了命名為有機磷灰石的生物材料H2躬1，通過短肽或聚電解質(zhì)等控制磷灰石的形核及生長，獲得納米尺度的羥基磷灰石晶體，有機分子鏈段可嵌在礦物晶格中，盡管有機成分只有2％～3％的含量卻可改善材料的機械性能，植入體內(nèi)顯示了優(yōu)異的骨傳導(dǎo)性能．該小組還合成了多肽雙親分子ⅢJ，一端為疏水的烷基鏈，另一端為具有帶電基團的短肽序列，這種分子在特定條件下可自組裝成為納米纖維，形貌上模擬了膠原纖維，并且通過選擇合適的短肽序列，在體外礦化的條件下可獲得類似骨中礦物相擇優(yōu)取向生長的羥基磷灰石晶體．磷酸鈣一膠原復(fù)合材料的仿生合成工作受到較大關(guān)注，特別是利用膠原自組裝過程結(jié)合共沉積技術(shù)模擬礦化膠原纖維的分級結(jié)構(gòu)．汪日志等通過共沉積方法獲得了納米磷灰石晶體在膠原基體內(nèi)的均勻分布．張偉等使用不同配比的單體膠原和鈣磷溶液，通過對pH值或溫度的控制來引發(fā)膠原自組裝成為纖維的過程，同時伴隨納米磷灰石晶體的形成，觀察表明礦物的晶體學(xué)c軸擇優(yōu)取向平行于膠原纖維長軸新骨組織在其表面上的傳導(dǎo)性生長，其表現(xiàn)與骨組織的生理性重塑過程具有組織學(xué)形態(tài)上的相似性．天然生物硬組織中礦物相的納米結(jié)構(gòu)對于其力學(xué)性能和生物學(xué)功能極為重要，而有機分子或模板的調(diào)控是形成特殊納米結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵．這一認識對目前新型生物醫(yī)學(xué)材料的發(fā)展具有很大的指導(dǎo)意義．眾多研究應(yīng)用水熱法、溶膠一凝膠法等結(jié)合有機分子或表面活性劑的模板作用能夠可控制備多種納米結(jié)構(gòu)的磷灰石及生物活性玻璃m卸1．應(yīng)用模擬體液進行的體外骨與牙齒是蕈要的生物礦化組織，并與人類健康息息相關(guān)．對骨和牙齒組織的深入研究，將進一步理解生物礦化過程的普遍機理，進而可提供材料合成的仿生策略，以制備與天然組織更為匹配的仿生生物醫(yī)用材料，應(yīng)用于人體硬組織缺損的修復(fù)．參考文獻：[1]Mann s．Biomimetic Materials cheⅡIis町．New YorI【：John wiley ∞d son8．1995．[2]Heuer A H，F(xiàn)ink D J，LaJ越a V J，et nz．．Sb如，l凹，1992，255(50鵪)：10981105．[3]stupp s I，Bmun P V．sc切肼，1997，277(53∞)：1242一1248． [4]Shenton w，Pum D，sIeytr u B。甜以№fI‘陀，1997，鯧9(6醪1)： 585587．[5]weiner s，wa印er H D．A?、颍觯馑欢ⅲτ瘢?998，船：271． 298． [6]Rho J Y，Kuhnspe“ng L，zi嘰p∞P．壇斌．％Ph聲．，1998，20(3)：92一102．[7]MaIln s．Bi鯽ineralization：Princi“es明d concepts in Bioino呼“c Materials Chemistly．New Yorl【：Od酬Unive瑪ity P慨s，2001． [8]Rey c，couin8 B，Goelll T，以耐．c礎(chǔ)衫7缸w艦，1989，船(3)：157一164．[9]kwenst鋤H A，weiner s．orI Bi伽inemlizati∞．N洲York