当前位置: 首页  >  旧版  >  科学研究  >  科研动态  >  正文

生物矿化课题组借助原位成像技术揭示了两个重要的生物矿化过程

发布日期:2015-09-22发表者:浏览次数:

1. 结石的形成。由于钙营养过剩和草酸代谢不平衡而在体内形成草酸钙结石一直是困扰人类的疾病之一,理解它们的形成机制也是生物矿化研究领域的重要研究内容。王荔军教授的生物矿化课题组李诗燕博士借助原子力显微镜第一次在纳米尺度上原位观测到磷酸钙-草酸钙混合型结石的形成动力学过程。在模拟体液的溶液组分条件下,定量分析了在草酸存在下,二水磷酸氢钙(010)面三角形溶解蚀坑三个方向的溶解速度。和外科观察结果相一致,他们深入指出磷酸化OPN多肽可通过台阶专一性作用抑制此溶解过程,这反过来调节了草酸钙在二水磷酸氢钙表面的成核和团聚。此研究分别定义了磷酸钙矿物和磷酸化OPN多肽在形成草酸钙结石中的各自作用。这些原位动力学观测提供了理解矿物界面取代反应机制,为抑制病理矿物的形成提供了有效线索。相关结果发表在美国化学会出版的晶体生长和结晶学领域排名第一的期刊Crystal Growth& Design (2014 IF=4.891) (Shiyan Li, Wenjun Zhang, and Lijun Wang*.Direct Nanoscale Imaging of Calcium Oxalate Crystallization on Brushite Reveals the Mechanisms Underlying Stone Formation. Cryst. Growth Des. 2015, 15, 30383045.)

1. 原子力显微镜下二水磷酸氢钙(010)面三角形溶解蚀坑

以及磷酸化OPN多肽对台阶溶解和抑制草酸钙形成的原位观测。

2.牙釉质的形成。自组装的牙釉蛋白amelogenin是形成牙釉质最主要的有机基质分子。通常牙生物学家认为牙釉蛋白amelogenin自组装形成的纳米球结构控制了磷酸钙的有序晶体生长。然而在模拟磷酸钙晶体生长过程中,博士生吴姗姗发现蛋白单体(并非组装的纳米球)通过修饰磷酸钙矿物-水界面能而调节了晶体生长台阶的临界长度和台阶密度,进而延迟了台阶的形成并抑制了磷酸钙的结晶。此发现为理解牙釉质的生物矿化过程提供了最基本的热力学线索。相关结果发表在美国化学会出版的Crystal Growth& Design (2014 IF=4.891) (Shanshan Wu, Hang Zhai, Wenjun Zhang, and Lijun Wang*. Monomeric Amelogenins CTerminus Modulates Biomineralization Dynamics of Calcium Phosphate. Cryst. Growth Des. 2015, 15, 44904497.)

2. 原子力显微镜下二水磷酸氢钙(010)面三角形生长螺旋

以及牙釉蛋白amelogeninC末端单体调控台阶宽度原位观测。