生物体内存在许多无机矿物,如牙齿、骨骼、硅藻、贝壳等,这些矿物不仅具有复杂的形态和结构,而且具有优异的功能和性质。通过模拟生物矿化过程来合成特殊的功能材料,已经引起人们的极大兴趣。生物体内的矿化受一些胞外蛋白和多糖的控制,这些胞外蛋白含有大量的阴离子氨基酸,如天冬氨酸、谷氨酸等,这些阴离子氨基酸的结构和物理化学性质使其易于富集钙离子、诱导晶体的生长。所以,我们用带有天冬氨酸、谷氨酸和甘氨酸官能团的水凝胶为模板来矿化羟基磷灰石和碳酸钙晶体。以甲基丙烯酸羟乙酯(HEMA)及其氨基酸改性的甲基丙烯酸β-羟乙酯为单体,聚乙二醇二丙烯酸酯(PEGDMA)为交联剂,过硫酸铵(APS)/ N,N,N’,N’-四甲基乙二胺(TEMED)为引发体系,采用室温自由基溶液聚合的方法来制备水凝胶材料,得到具有一定孔结构,平衡含水量为50%-60%的HEMA、Asp-HEMA、Glu-HEMA和Gly-HEMA水凝胶。在生物矿化领域,碳酸钙一直是重要的模拟对象之一。它不仅丰富地存在于地壳中,而且在生物体中起着重要的作用。通常,碳酸钙存在多种晶型,常见的三种无水结晶态为方解石、文石和球文石。本实验通过气体扩散的方法在HEMA,Asp-HEMA,Glu-HEMA和Gly-HEMA的水凝胶表面矿化碳酸钙,探讨碳酸钙矿化的机理,以指导新型复合材料的合成。反应时间分别为12h、24h和36h,碳酸钙晶体的形貌和晶型可以用扫描电镜(SEM),傅里叶变换红外谱图(FT-IR)和X射线衍射(XRD)进行表征。结果表明四种水凝胶均具有稳定球文石的作用,随着矿化时间的延长,Asp-HEMA有利于文石的生成,Glu-HEMA有利于方解石的生成。天然骨组织是一种由胶原纤维和羟基磷灰石组成的高度有序的复合材料。坚硬的无机材料和柔韧的凝胶网络结构的结合赋予了人体骨骼独特的机械性能,例如低硬度,抗拉伸和压缩,高的断裂韧度。因此,以有机材料为模板生长羟基磷灰石模拟天然骨的结构和特性引起了科学家们极大的兴趣。本实验通过交替矿化的方法在HEMA,Asp-HEMA,Glu-HEMA和Gly-HEMA水凝胶上诱导羟基磷灰石(HAP)成核结晶。扫描电镜(SEM)对水凝胶矿化形态的研究表明羟基磷灰石的形成不但会发生在水凝胶的表面,而且还会发生在水凝胶的孔中和孔壁上。Asp-HEMA水凝胶上HAP颗粒分布最均匀,HEMA水凝胶上颗粒团聚最严重。X射线衍射(XRD)和红外谱图(FT-IR)分析证实了羟基磷灰石的形成。胚肾细胞的体外生物相容性测试实验表明矿化后的水凝胶是细胞粘附和增殖适宜的基质。