摘要：磷灰石-硅灰石生物玻璃陶瓷（Apatite-Wollastonite glass ceramic，A-W GC）是近年開展起來的優秀骨修復支架資料，它具有良好的組織相容性、骨傳導誘導性和降解性，無論在體內還是在體外狀態下，均可為種子細胞提供良好的生長環境。
在體外狀態下，種子細胞與載體復合后短時期內的貼壁數量占接種細胞總量的百分數，即初次貼壁率是骨組織工程體外組裝效果的重要指標之一，由于種子細胞常常是高效的成骨細胞或攜帶目的基因的轉染細胞，它成活的數量幾直接與未來的成骨有關。
種子細胞在骨組織工程載體上粘附的主要方式是特異性粘附，經過對載體的外表停止修飾，增加載體壁的種子細胞特異性分離位點可進而進步初次貼附率。機體內的粘附分子分為4類，即整合素、鈣粘蛋白、免疫球蛋白超家族、選擇蛋白等，與骨組織工程關系親密的是前3種 。資料植入體內后首先就是吸附血漿蛋白， 特別是與骨構成有關的細胞外基質， 如纖維粘連蛋白。經過對支架資料外表改性，吸附一定量的短肽序列在配體纖維粘連蛋白等，可在細胞與載體復合早期（此期細胞與基質粘附起重要作用）為種子細胞上的粘附分子提供更多的特異性粘附的分子分離點。曾有報道關于生物陶瓷吸附蛋白質的研討，但由于蛋白質構造比擬復雜，很難從微觀上解釋其與載體的互相作用及變化機制。氨基酸是組成蛋白質等生物大分子的根本構造單元，谷氨酸是一種酸性氨基酸，分子內含兩個羧基，在生物體內的蛋白質代謝過程中占重要位置，參與動物、植物和微生物中的許多重要化學反響。課題研討其和A-W GC之間的互相作用，希望從實質上了解生物大分子的吸附性質和作用機制，為之后的生物大分子吸附研討提供一定的理論根底。
　　實驗制備了A-W GC，運用谷氨酸溶液浸泡，討論溫度、時間、溶液pH 值、濃度等對吸附量的影響，討論其在不同條件下的吸附規律。
　　2. 實驗局部
　　2.1 原料及性能表征
　　2.1.1 原料與試劑
　　正硅酸乙酯（TEOS）；磷酸三乙酯（TEP）；四水硝酸鈣；六水硝酸鎂；氟化氫氨；無水乙醇；茚三酮，乙二醇，醋酸，醋酸鈉，氯化亞錫，谷氨酸（Glu）均為剖析純試劑。
　　2.1.2 A-W GC 性質的表征
　　采用 DX-1000X 射線衍射儀對A-W GC 停止物相剖析，采用JS94H 微電泳儀丈量不同pH 下A-W GC 的Zeta 電位。
　　2.1.3 谷氨酸規范曲線的繪制
　　2.1.3.1 茚三酮溶液的配制
　　稱取 0.12g 茚三酮溶于4.5mL 乙二醇和1.5mL pH=5 的醋酸鈉－醋酸緩沖液中，參加0.1g/mL 氯化亞錫（溶于乙二醇）1 滴。
　　2.1.3.2 谷氨酸的測定分別配制
　　濃度為 100、200、400、600、800、1000μg/mL 的谷氨酸溶液。依次參加0.5mL谷氨酸溶液和1mL 茚三酮溶液于50mL 比色管中，沸水浴5min，冷卻至室溫，蒸餾水定容至50mL，于波長570nm 處測定其吸光度，得吸光度（X）與谷氨酸濃度（Y, μg/mL）之間的直線方程： Y = 787.41X + 62.515，線形相關系數R = 0.9964。
　　2.2 實驗辦法
　　2.2.1 A-W GC 的制備
　　2.2.2 谷氨酸規范曲線的繪制
　　茚三酮溶液的配制：稱取 0.12g 茚三酮溶于4.5mL 乙二醇和1.5mL pH=5 的醋酸鈉－醋酸緩沖液中，參加0.1g/mL 氯化亞錫（溶于乙二醇）1 滴[22]。
　　谷氨酸的測定：分別配制濃度為100，200，400，600，800，1000μg/mL 的谷氨酸溶液。依次參加0.5mL 谷氨酸溶液和1mL 茚三酮溶液于50mL 比色管中，沸水浴5min，冷卻至室溫，蒸餾水定容至50mL，于波長570nm 處測定其吸光度，得吸光度（X）與谷氨酸濃度（Y,μg/mL）之間的直線方程： Y = 787.41X + 62.515，相關系數R = 0.9964[23]。
　　2.2.3 磷灰石-硅灰石生物玻璃陶瓷對谷氨酸的吸附實驗
　　谷氨酸吸附量的測定：高溫燒制后的片狀 A-W GC（每片0.16g），37 ℃下浸泡于2mL谷氨酸1h，取出用蒸餾水沖洗外表，枯燥后于37℃下浸于2mL 10g/L NaOH 1h，調理脫附液pH 至7 左右，分別取脫附液0.5mL 和1mL 茚三酮試劑于50mL 比色管中，沸水浴5min，冷卻至室溫，蒸餾水定容至50mL，于波長570nm 處測定吸光度，由規范曲線計算谷氨酸濃度，并依據下式計算A-W GC 對谷氨酸的吸附量：Q=VC/ （1000m）
　　式中，Q 為吸附量，mg/g；V 為吸附前谷氨酸溶液的體積，mL；m 為吸附劑A-W GC的質量，g；C 為所吸附谷氨酸溶液的濃度，μg/mL。
　　pH 值與吸附量關系的測定：片狀A-W GC 分別浸泡于pH 值為1，2，3，3.4，6，7，8，9，、10 的2mL 谷氨酸溶液（600μg/mL）中，37℃下吸附1h，測定其谷氨酸濃度，計算吸附量。
　　時間與吸附量關系的測定：分取谷氨酸溶液（600μg/mL）2mL 于37℃下參加片狀A-WGC，吸附0.5，1，2，3，4h，測定其谷氨酸濃度，計算吸附量。
　　溫度對吸附量關系的測定：取谷氨酸溶液（600μg/mL）2mL，37℃下浸泡片狀A-W GC，分別在溫度為0，24，37，50，60，70，80℃時吸附1h，測定其谷氨酸濃度，計算吸附量。
　　濃度與吸附量關系的測定：片狀A-W GC 分別參加2mL 濃度為100，200，400，600，800，1000μg/mL 的谷氨酸溶液中，37℃下吸附1h，測定其谷氨酸濃度，計算吸附量。
　　2.2.4 A-W GC 等電點的丈量丈量
　　不同 pH 下磷灰石-硅灰石生物玻璃陶瓷的Zeta 電位，計算其等電點。當Zeta 電位值為0 時，pH=8.5 即為磷灰石-硅灰石生物玻璃陶瓷等電點[24] 。
　　3. 結果與討論
　　3.1 A-W GC 的晶相構造
　　從 X 射線衍射圖譜（圖3）上能夠看到，在1100℃燒成的A-W GC 中，磷灰石和硅灰石的衍射峰明顯呈現，且較鋒利，隨同著有二氧化硅和鎂黃長石生成。據文獻報道[25]，二氧化硅和鎂黃長石成分有著高的生物活性，對A-W GC 的活性有著促進作用。
　　3.2 谷氨酸濃度對吸附量的影響
　　A-W GC初次對谷氨酸吸附的吸附等溫線見圖4。由圖4能夠看出，其吸附等溫線契合S型曲線，屬于Freundlich型吸附[26-27]，即并非簡單的物理吸附，而是相伴著內部的化學吸附。
　　在物理吸附過程中，谷氨酸分子在其外表快速構成單分子層，然后以分子間引力構成多分子層吸附。化學吸附則是氨基酸羧基末端與Ca2+以離子鍵分離， 氨基末端與PO43-以離子鍵和氫鍵分離[28-29]吸附有谷氨酸的A-W GC重復洗脫再重新吸附，發現濃度對吸附量的影響關系見圖5。谷氨酸濃度為100～200μg/mL時，吸附量隨濃度增大而增長疾速；谷氨酸濃度為200～1000μg/mL時，增長速度放緩，最終到達飽和。這是由于初次吸附后，經過洗脫后再吸附，A-W GC內部分離位點多數仍被占領，不易脫下，所以爾后反復的吸附只能在外表停止單分子層物理吸附，吸附曲線因而也呈C型曲線，即屬于Langmuir型吸附。隨著谷氨酸濃度進步，吸附量增長趨向很大，當濃度超越600μg/mL后，吸附量增長趨向變緩。
　　3.3 pH 值對吸附的影響
　　氨基酸溶液pH值對吸附量的影響能夠看出，整個曲線呈現M型，在pH＝3.4和pH＝8有兩處峰，吸附量最大。
　　這是由于氨基酸具有兩性離子的特性，在水中，氨基酸的存在方式隨介質pH 值不同而變化。當介質pH 高于等電點pI 時，氨基酸表現為陰離子，當介質pH 低于等電點pI 時，氨基酸表現為陽離子。只要當介質pH 等于等電點pI 時，溶液中氨基酸陰離子和陽離子濃度才相等，此時氨基酸以兩性離子方式存在。而谷氨酸分子是二元酸，為酸性氨基酸，pI＝3.22，當介質pH＝1～3.4時，谷氨酸呈2種狀態，R+和R±，而此時介質pH低于A-W GC等電點，A-W GC外表帶正電，由于同性排擠作用，吸附量不大；在介質pH＝3.4時，處于谷氨酸等電點左近，此時谷氨酸以R±狀態為主，溶解度減小，呈電中性，在外表大量堆積，吸附量到達第1個最大值；在介質pH＝8時，谷氨酸也呈2種狀態，R-和R2-，且以R2-為主，而此時介質pH仍低于A-W GC等電點，A-W GC外表帶正電，依托靜電作用，谷氨酸大量吸附在A-W GC外表，吸附量到達第2個最大值。
　　3.4 時間對吸附量的影響
　　吸附時間與A-W GC對谷氨酸吸附量的關系見圖7。能夠看出，在0.5～2h時，A-W GC對谷氨酸的吸附量隨時間增加而增大，之后吸附量隨時間延長增大不明顯。這是由于在吸附起始階段谷氨酸濃度大，在A-W GC外表以單分子層快速、大量停止物理吸附，到達0.52mg/g吸附值后，A-W GC外表吸附接近到達飽和，吸附液濃度降低，因此吸附量隨時間增加而變化較小。
　　3.5 溫度對吸附量的影響
　　吸附常常隨同吸放熱的變化，因而溫度也是一個重要的影響要素，圖8是不同溫度下A-WGC對谷氨酸的吸附量曲線。
　　較佳溫度為37℃，此時吸附量較大。在37~60℃時，隨著溫度升高，吸附量降低。這是由于吸附為放熱過程，隨著溫度升高，谷氨酸溶解度增大，吸附減少。在60℃吸附量到達較小值，60～70℃發作化學吸附，谷氨酸分子與外表羥基分離，吸附量稍微增大，80℃時根本到達飽和。
　　4. 結論
　　本文經過溶膠凝膠法制備 A-W GC 前驅體，壓片后在1100℃時煅燒。經過其吸附谷氨酸的溶液pH 值、時間、溫度、谷氨酸濃度等影響要素的剖析：結果標明A-W GC 初次對谷氨酸吸附時屬于Freundlich 型吸附，包括物理吸附和化學吸附。經吸附-洗脫循環后再吸附時僅在外表發作物理吸附，屬于Langmuir 型吸附；在溶液pH＝3.4 和pH＝8 時，吸附量均較高；2h 內A-W GC 對谷氨酸的吸附量隨時間增加而增大，爾后吸附量隨時間變化不明顯；37℃左右有利于A-W GC 對谷氨酸的吸附。
　　A-W GC 對短肽序列在配體纖維粘連蛋白的吸附實驗將在后續研討中停止。