磷酸钙生物材料与人体骨硬组织的无机成分相同,其具有良好的生物相容性、生物活性、骨诱导性而被广泛用作骨修复和骨替代的材料,导致了磷酸钙生物材料在生物医学材料上的广泛关注。当植入材料与生物体接触时,蛋白质将自发地吸附到材料表面,并受各种因素的影响,主要包括材料表面拓扑结构和材料表面的粗糙度,蛋白质的组成、构象和分布。因此,系统的研究磷酸生物材料表面的蛋白质吸附行为,尤其是对骨形成有关蛋白质的吸附特异性的研究,对了解磷酸钙生物材料的生物活性具有重要作用。基于上述分析,本文开展了以纳米磷酸钙为基础材料,以提高其生物活性为目的,从改善其相结构组成和表面拓扑结构形貌入手,以骨形态发生蛋白-2(Bone morphogenetic protein-2,BMP-2)为蛋白质模型,系统地研究磷酸钙生物材料表面的蛋白质吸附行为以及材料表面结构特异性与蛋白质的特异性吸附之间的内在联系等,初步探讨磷酸钙陶瓷吸附蛋白质的机理。此外,我们将制备的纳米磷酸钙材料,通过扫描电子显微镜(SEM)、比表面测试仪(BET)、X射线衍射仪(XRD)、傅里叶变换红外光谱仪(FTIR)和圆二色谱(CD)等方法技术,对制备的纳米磷酸钙材料的表面形貌和相组成成分进行了详细的研究。生物材料表面拓扑结构和相组成对吸附蛋白的影响研究有助于合理的设计生物材料表面结构。通过大量实验研究和数据结构分析,得到以下结果:1、采用湿法和化学沉淀法制备出两种相组成各异的纳米磷酸钙材料,羟基磷灰石(Hydroxyapatite,HA)以及HA和磷酸三钙的复合物双相磷酸钙陶瓷(Biphasic calcium phosphate,BCP)。我们采用SEM、BET、XRD和FTIR等技术手段来表征这两种不同相组成的磷酸钙材料,然后将其应用于对BMP-2的吸附性能研究,并采用动力学模型来描述其吸附动力学,采用Langmuir、Freundlich和Temkin吸附等温线模型来预测BMP-2在磷酸钙陶瓷表面的吸附行为。结果表明,BMP-2在HA和BCP材料表面的吸附都是一个非常快速的过程,可以用准一级反应式来描述其吸附过程,最佳吸附时间为240 min,同时还可以用Langmuir吸附等温线模型来预测BMP-2在磷酸钙生物材料表面的吸附行为。聚丙烯酰胺凝胶电泳(SDS-PAGE)结果表明,BCP材料比HA有更强的BMP-2吸附能力。HA和BCP材料表面吸附能力的差异在于其表面疏水性和静电吸附能力。BCP材料较强的表面疏水性和较大的比表面积可促使其能够吸附更多的BMP-2分子。此外,探讨了 BMP-2在磷酸钙材料表面可能的吸附机理,我们认为包括静电吸附和氢键作用力在内的物理吸附起主导作用。2、通过沉淀法和水热法法分别合成不同形貌的HA,片状HA(sheet-HA)、棒状HA(rod-HA)和晶须状HA(whiskers-HA)。对制备的HA进行XRD、BET和FTIR表征。通过SEM考察了所制备的HA的表面拓扑形貌,并采用BCA试剂盒和酶标仪来定量分析得到BMP-2在三种不同表面形貌的片状HA、棒状HA和晶须状HA表面上的吸附量分别为(219.96±10.18),(247.13±12.35)和(354.67±17.73)μg/g。HA-whiskers具有较高的比表面积而具体更多的吸附位点,因此具有较大的吸附量。同时BMP-2在三种不同形貌的HA材料上的吸附动力学结果表明,BMP-2在HA表面的吸附都是一个非常快速的过程,吸附过程符合Langmuir吸附等温线模型,吸附数据可以用准二级动力学模型拟合。此外,吸附热力学研究结果表明,BMP-2在三种不同形貌的HA表面上的吸附量随着温度的增加而增加,吸附过程中吉布斯自由能小于零(AG<0),熵值增加(AS>0)和焓变增加(△H<40kj·mol-1),表明BMP-2在HA表面上的吸附过程属于自发,吸热过程,且物理吸附起主导作用。通过CD和FTIR表征BMP-2在HA材料吸附前后的变化研究,提出可能的吸附机理为静电吸附和氢键作用力。此外,通过FTIR和CD表征结果可以看出,HA表面上吸附的BMP-2在构象发生了轻微的改变。