生体鉱物の形成過程における中間相の構造・安定性について

生物矿物形成过程中中间相的结构和稳定性研究

基本信息

批准号：
13J02283
负责人：
杉浦悠紀
金额：
$ 1.54万
依托单位：
Waseda University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2013
资助国家：
日本
起止时间：
2013-04-01 至 2015-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

本年度は、炭酸カルシウム、リン酸カルシウムの相転移ダイナミクス、多形形成プロセスに与える添加物の電荷や、親水性などの影響について検討を行った。生体中に含まれる様々なイオンや化合物は、遊離状態で存在しているだけでなく、化合物中に官能基などの形で含まれている。このように、同じイオンや官能基でも水和性などの違いが生体鉱物形成過程に引き起こす影響について、詳細な観察を行った。炭酸カルシウム系においては、添加物のリン酸の電荷が多形形成に与える影響について調べた。生体環境下においては、遊離リン酸は主に一価のイオンとして存在しており、これはバテライトの形成を抑制する。ここでは、二価のリン酸源としてビタミンB2のリン酸誘導体のフラビンモノヌクレオチド(FMN)を用いて、二価のリン酸が炭酸カルシウム形成に与える影響について検討を行った。二価のリン酸イオン存在下では、バテライトが安定化し、カルサイトの形成が強力に抑制された。これは、一価のリン酸イオンとは真逆の影響であった。二価のリン酸が多く存在する高pH下においても同様の結果が得られた。リン酸カルシウム系では、カルボキシル基の水和性がリン酸カルシウム形成に与える影響について検討した。疎水性カルボキシル基を金のナノコロイドに結合させることで、水中に多量に分散させた。疎水性カルボキシル基は、リン酸カルシウム形成時にリン酸第八カルシウム(OCP)という、水酸アパタイト(HAP)の前駆体に固有に存在する構造(HPO4-OH層構造)を抑制した。一方、水和性カルボキシル基として酢酸を添加したところ、逆にHPO4-OH層構造が発達した。このように、同じイオンでも価数や、水和性の違いにより、生体鉱物形成に与える影響は真逆になるということを突き止めた。

今年，我们研究了碳酸钙和磷酸钙的相变动力学，以及添加剂电荷和亲水性对多晶型形成过程的影响。生物体内所含的各种离子和化合物不仅以游离状态存在，而且以化合物中的官能团的形式存在。通过这种方式，我们对水合作用差异（即使在相同离子和官能团内）对生物矿物质形成过程的影响进行了详细观察。在碳酸钙体系中，我们研究了添加剂磷酸的电荷对多晶型形成的影响。在生物环境中，游离磷酸主要以一价离子形式存在，它抑制球霰石的形成。在这里，我们使用黄素单核苷酸 (FMN)（维生素 B2 的磷酸盐衍生物）作为二价磷酸盐来源，研究了二价磷酸盐对碳酸钙形成的影响。在二价磷酸根离子存在下，球霰石被稳定并且方解石的形成被强烈抑制。这种作用与一价磷酸根离子的作用完全相反。在大量存在二价磷酸的高pH条件下获得了类似的结果。对于磷酸钙体系，我们研究了羧基水合对磷酸钙形成的影响。通过将疏水性羧基与金纳米胶体结合，将它们大量分散在水中。在磷酸钙的形成过程中，疏水性羧基抑制了羟基磷灰石（HAP）前体（称为磷酸八钙（OCP））固有的结构（HPO4-OH层结构）。另一方面，当添加乙酸作为可水合的羧基时，形成HPO4-OH层结构。通过这种方式，我们发现即使是相同的离子，根据其化合价和水合作用，对生物矿物质形成也有完全相反的影响。