골 및 치아와 같은 석회화 된 조직에서 광물화 된 콜라겐 섬유의 기능에 대한 연구는 상당히 학문적인 흥미를 받고 있다. Type I 콜라겐(Collagen type I, Col-I) 자기조립 과정 중 폴리도파민(Polydopamine, PDA)을 결합시키는 것은 하이드록실기 및 아민기와 같은 작용기를 증가 시켜 콜라겐 섬유의 광물화를 촉진 시킨다. 이러한 콜라겐에서의 작용기는 계면 에너지를 감소시키는 동시에 칼슘 인산염(CaP) 결정화의 핵생성 위치로 작용하는 이중 역할을 한다. Col-PDA 라고 불리는 PDA 와 Col-I 사이의 분자 상호 작용은 작용기를 형성하고 이는 친수성 특성을 향상 시킨다. 따라서 이러한 친수성의 작용기 증가는 콜라겐 섬유의 광물화 정도에 기여하게 된다.

이 연구에서 자기조립 콜라겐 섬유는 Col-I 자기조립 과정과 동시에 도파민을 중합시켜 유도되었다. 인공 체액(Simulated body fluid, SBF)에서의 polyaspartic acid(pAsp)의 첨가는 콜라겐 섬유의 광물화 과정에서 비결정질 인산칼슘(Amorphous calcium phosphate, ACP)의 섬유질 외부에서의 침전을 방지하고, 광물화 초기 단계에서 Col-I 섬유 내에서 ACP 의 형성을 용이하게 한다. 자기조립 과정에서 PDA 는 Col-I 섬유에 일정하게 형성되는 gap 및 overlap zone 과 같은 특정 영역에서 존재하는 것을 목표로 한다. 이러한 특정 영역에서의 PDA 의 결합은 콜라겐 섬유질 내의 ACP 핵생성을 증가시키고, 이에 따라 콜라겐 섬유의 광물화 과정을 원활히 한다. 결과적으로 콜라겐 섬유는 콜라겐 섬유 내에 c-축 방향으로 성장하는 platelet 형상을 가진 수산화인회석(Hydroxyapatite, Hap)의 형성 및 성장으로 인해 광물화 된다.

나노 콜라겐 섬유의 특정 영역 내에서의 광물화 과정은 매우 복잡하며 아직 완전히 이해되지 않은 상태이다. 그러나 최근 몇몇 연구에서는 이 복잡한 현상에 대한 통찰력을 제공했고, 이 연구에서는 최적화된 인공체액에서 콜라겐 Col-PDA 섬유가 섬유 내 광물화 과정을 조사했다. 인공 체액 내의 pAsp 의 존재로 인해 Col-PDA 의 자가조립 과정에서 Col-ACP 섬유를 안정적으로 형성하였다. 콜라겐 섬유 내부에서의 ACP 는 용액의 인산 농도에 의해 Hap 로 상전이가 된다. 이 연구에서는 칼슘 이온(Ca2+)과 인산염 이온([PO4]3-) 비율이 1/10 인 인공 체액을 12 시간 배양하면 콜라겐 섬유 내에서 ACP 에서 HAp 로의 가속화된 상전이 현상이 발생하는 것으로 나타났다. 이 결과는 고농도의 인산염 이온([PO4]3-)이 더 빠른 HAP 결정화를 촉진하는 것을 증명했다. 결국 섬유 내에서 HAp 의 결정화 속도와 광물화 수준 사이의 관계는 모든 경우에 선형적이라고 판명되어 광물화 과정이 계면 상호작용에 의해 제어된다는 것을 증명했다.

콜라겐 섬유질의 자가조립과정에서 PDA 의 첨가는 콜라겐 섬유내의 ACP 의 핵 생성 및 상전이 과정에 대한 연구 결과를 통해, 콜라겐 섬유의 HAp 광물화 메커니즘을 이해를 용이하게 하며, 미래 뼈 조직공학 연구 방향을 제시할 수 있을 것으로 기대한다.