生物矿化研究现状和展望
生物矿物及其矿化过程机理的研究
前言： 生物矿化是指生物体内无机矿物的形成过程，几乎每 一种生物都能合成矿物，生物矿化作用是生物界中的一种普遍现 象。生物矿化包括两种形式：一种是正常矿化，如骨骼、牙齿和 贝壳等的形成；另一种是异常矿化，如结石、牙石和龋齿等。[1]
1
生物矿化
因其涉及生物学、无机化学、结晶学、材料学、矿物学和医学等 多学科，故而通过对生物矿物特征及其形成机理的深入研究，不 但有助于新型材料的开发与利用，而且有助于治疗异常矿化引起 的人体疾病。 1、 生物矿化作用的产物----生物矿物
(4) 外延生长(细胞水平调控与再加工)，在细胞参与下单 元组装成更高级的结构。该阶段是造成天然生物矿化材料与人工 材料差别的主要原因，而且是复杂超精细结构在细胞活动中进行 最后的修饰的阶段。 4、 生物矿化与生物调控
4.1ห้องสมุดไป่ตู้生物矿化的细胞调控[6] 在生物矿化系统中，起模版作用的框架蛋白和调控作用的
生物矿化的研究现状与发展前景51研究现状511研究方法常用samselfassemedmonolayer在钛表面通过乙烯基三乙氧基硅烷的分子自组织形成单分子层微囊囊泡胶束反相胶束微乳液lb膜单层分子膜9液晶等物质来作膜板有机基质往往为表面活性剂另外还有生物大分子和生物中的有机质如磷脂脂体几丁质胶原蛋白胆固醇等有序分子膜为基质的仿生矿化模拟体系可以在体外形成特殊的隔室来有效地模拟生物膜10
5.1.2 材料科学
10
生物矿化
利用 LB 技术进行生物矿化的研究已经成为了国际研究的 热点，并逐渐成为生物矿化中仿生合成的一种主要方法[10]。 由于 LB 膜简洁，便于操作，以及 LB 膜自身的特点，即膜的堆 积模式和功能基团可以通过巧妙的选择表面活性剂任意修饰， 以及 LB 膜结构更像半层生物膜。因此，可利用对简单表面活 性剂分子所得规律，辅助以分子设计的手段制备出具有特殊功 能基团的表面活性剂分子，从而导致具有应用价值的有机--无 机和有机--超晶格的生成。这对晶体学、无机纳米材料、有机 --无机复合材料和陶瓷材料的合成[5]，以及生物矿化模拟研 究都具有重要的意义和潜在的应用前景。
生物矿化
仿生矿化的研究现状及前景摘要：生物矿化，是指由生物体通过生物大分子的调控生成无机矿物的过程。
组成生物矿化材料的主要无机材料广泛存在于自然界中，但是一旦受控于这种特殊的生命过程，便具有常规陶瓷不可比拟的优点，如极高的强度、比较好的断裂韧性、优异的减震性能及其它许多特殊的功能。
研究生物矿化有着极其重要的意义，如通过研究碳酸盐的生物矿化可以考察化学风化、成岩作用、预测古代环境气候，探究全球碳循环及放射性核素和痕量金属在底下水层的活性迁移，可以指导人们仿生合成高级复合材料并为医学上抑制人体内的病理性矿化提供新的解决途径。
1 引言生物矿物的研究始于20世纪20-30年代，这一时期德国、丹麦、瑞典的学者用偏光显微镜对生物矿物进行了系统的观察。
第二次世界大战后的50-60年代，欧洲和美国的学者借助透射电镜和扫描电镜对生物矿物做了深入的研究，并且建立了有机基质的概念。
70年代以来，随着各种微区分析技术的发展，人们可以用各种不同的仪器进行近一步的研究，不仅探明了绝大部分门类的主要矿物的结构和成分，而且将生物矿物的研究逐渐提高到生物无机化学、细胞生物学、分子生物学乃至基因的水平。
我国的生物矿化研究起步较晚，自从1988年我国化学家王夔院士和材料化学家李恒德院士将生物矿化的概念引入国内，国内的生物矿化研究开始逐渐兴盛规模，并且以很快的速度发展【1】。
生物矿化是指生物体在一定的环境条件下构筑基于无机矿物的分级结构的过程。
此过程受到生物环境的高度调控，包括溶液状态、生物大分子以及引导矿物成核和生长的基质。
尽管许多矿化组织的主要成分是无机相，但由于其在结晶和生长过程中受到上生物环境的调控，因此，通过生物矿化过程形成的无机-有机高级杂化材料具有人工合成材料所无法比拟的物理、化学性质。
如：极高的强度和断裂韧性，优异的减震性能等。
此外，生物矿化组织还具有非常强大的生物学功能，呈现出良好的生物相容性。
他们既可以作为生物体的结构支撑，又可以作为生物传感器。
生物矿化过程的研究及应用
生物矿化过程的研究及应用生物矿化是一种微生物或细胞介导的过程，它能够生成有机-无机杂化物体或合成纳米尺寸的无机结构。
生物矿化技术具有良好的应用前景，如新能源开发、污染治理、骨组织修复等领域。
随着纳米科学技术的发展，生物矿化技术得到了更广泛的关注和应用。
一、生物矿化的研究意义生物矿化是一种生物化学反应，在自然界普遍存在。
它在生物功能的表现和保护机制中具有重要作用，如海洋中的贝壳、珊瑚、海绵等都是生物矿化的产物。
对生物矿化过程进行深入研究，有助于探究生物起源及演化，加深对恐龙化石生存环境的了解等。
同时，生物矿化技术的开发也具有极大意义。
二、生物矿化的应用领域1. 化学催化生物矿化过程中，某些微生物和蛋白质能够提供有效的生物模板，在特定条件下利用酶和酸碱来实现无机材料结晶成核和生长。
这些生物模板可以作为化学催化剂，用于某些反应的催化，如环氧化反应、Suzuki偶联反应等。
2. 新材料制备生物矿化技术可以制备高性能无机材料和有机-无机杂化材料。
通过改变矿物晶体的形态、尺寸、结构和型貌，可以获得新型纳米、微米级别的功能材料，如纳米晶体、复合材料、光学材料等。
例如，利用纳米生物矿化技术，可以制备高性能的纳米镀银颗粒，用于抗菌、保鲜等领域，同时这些颗粒也可以被应用在传感器、太阳能电池等领域。
3. 污染治理生物矿化技术可以用于污染物的清除和治理。
例如，利用生物矿化技术制备的铁氧化物纳米颗粒可以被应用于污染物的去除，如重金属离子去除、有机物降解等。
同时，这些纳米颗粒也可以作为一种新型的受控释放系统，实现对药物的缓释和释放。
4. 生物医学生物矿化技术可以用于生物医学领域，如骨组织修复、癌症治疗等。
矿化过程产生的钙磷化合物可以被应用于骨组织修复材料的制备，如人工骨、牙科复合材料等。
同时，生物矿化过程中还可以生成一些小分子、蛋白质和多糖等生物活性物质，这些物质可以用于癌症治疗和免疫调节等方面。
三、生物矿化技术的发展趋势生物矿化技术在材料科学、化学、环境等领域都有着广泛的研究和应用。
生物矿化机制研究进展
石 墨烯 量化制备及高性 能超级 电容器
中科院 电工研 究所马衍伟研究 团队提 出以二氧化碳为原料 采用 自蔓 延高温合成技术 ．实现 了兼具高导电性和高 比表面 积石墨烯粉体 的快速 、绿色 、低成本制备 。相 关论文发表于 《 先进材料》 。石墨烯是近年来备 受各国重视 的新型材料 ．但是
基 础
原位缠绕超长碳纳米 管制备单色碳纳米管线 团
清华大学魏飞 教授课题组利用声辅助 组装单根单色超长碳宏观长 度 的单 根超长碳纳米 管缠 绕成大面积线 团 ．为制备 高密度 、手性一致碳纳 米管这一难题提供 了新路线 ，相关研究成果 已发表于 《 科 学进展》 。伴 随着可移动智能设备 、云存 储和大数据处理 的广 泛应 用 ，快速发展 的信息产 业对下一代更快 、更节 能的半 导体 材料提 出了更高的要求 。碳纳米管 电子空穴高迁移率与本征 半导体 结构使其具有优异 的电学性能 有望取代硅成 为下一 代碳基集成 电路 的核心 材料 。目前制 约高性能碳纳米管晶体管规模 化应 用的关键在于制备 大量 手性一致 、高 密度 的碳 纳米管 材料。
料） ）。生物矿化是牙 、骨等硬 组织特有的发育过程 ．在天 然骨组织的形成过程 中 非胶原蛋 白调控着整个矿化 的进程。这些 非胶 原蛋 白最主要 的特征是 富含 羧基 ，呈阴离子特性 。传 统的仿生矿化机制认 为 ．带负电的非胶原蛋 白 （ 或 其类似物 ）可稳 定钙 磷溶液 ，形成带 负电荷 的矿化前体。新的研究发现 了一种新的能够诱导纤维 内矿化的聚阳离子 ，提 出并证实了基于渗透 压和 电荷平衡 的纤维 内仿生矿化理论 对传统观念提出 了挑战。
新 型 材 料
生物 矿化机 制研究进展
第 四军 医大 学 １ ： ３ 腔 医学院 陈吉华教 授课题 组与 国内外科 学家合 作开展 渗透压一电荷平衡导 致 的胶 原纤维 内矿化 研究 ．
生物矿化技术及其应用
生物矿化技术及其应用生物矿化技术是指利用生物学手段进行矿物质的合成、转化或控制等矿化过程。
这项技术不仅可以在环保、材料制备等领域得到应用，还可以用于医学、食品和航空航天等领域。
本文将就生物矿化技术及其应用进行较为深入的探讨。
一、生物矿化技术的原理及研究方向生物矿化技术最重要的特点就是，通过生物体内的酶类、蛋白质、多糖体等生物大分子，在固定的温度、pH值、激素和碳源下，协同完成矿物质的形成或者控制。
因此，可以通过这种技术实现特定的矿物质的制备、转化和控制。
近年来，生物矿化技术的研究方向主要包括如下几个方面：1. 矿物质的合成和控制，包括骨质控制、晶体形成和固硫化等。
2. 矿物质的转化，包括将生物体内的无机矿物质转化为有机物及相反过程。
3. 矿物质与生物体结合的研究，如利用海洋生物合成贝壳的方式，实现对生物组织的再生修复和改善。
4. 利用生物矿化技术进行材料制备，如纳米或微米颗粒的制备等。
二、生物矿化技术在环保和材料制备中的应用生物矿化技术在环保和材料制备中具有非常重要的应用价值。
1. 环保: 传统的污水处理方式为生化方法或者是物理化学方法，存在一定的成本和用途上的局限性。
而利用生物矿化技术可以通过微生物降解和吸附等方式，实现对有毒物质的处理和转化。
例如，在环保中应用一种名为“微米金属氧化物”的材料，由微生物合成，可以在废水处理和水净化中发挥重要的应用。
2. 材料制备：利用生物矿化技术可以制备出具有特殊结构和性质的材料，例如发光材料、生物骨骼材料等。
这些材料具有独特的性能和功能，并且可以在医学、电子、环保和建筑等领域中得到广泛应用。
例如，生物矿化技术可以用于生产特殊纳米材料，以用于太阳能电池或者是微型传感器。
三、生物矿化技术在医学中的应用生物矿化技术在医学领域的应用日趋广泛。
生物矿化技术可以用于治疗和修复骨科疾病和组织损伤，为替代传统的缺陷修复材料打下了基础。
例如，在牙科领域中，生物矿化技术可以用于生产牙齿材料，如牙本质。
生物选矿的研究现状及进展
生物选矿的研究现状及进展摘要：随着人们环保意识的提高，对于选矿绿色环保发展的呼声日益强烈，传统选矿药剂无论是从来源的有限性、对环境的污染性还是从浮选效率方面，都难以满足要求。
而微生物选矿剂因来源广泛、无毒、选择性好等优点，近年来得到越来越多的重视，并期望将其工业化以替代或部分替代化学药剂。
本文结合国内外相关研究结果，介绍了生物选矿的概念,分析了微生物应用于选矿的可能性,,概述了微生物在矿物絮凝剂、矿物浮选剂及微生物的代谢产物作为选矿剂等方面的应用研究进展，并对微生物选矿及其发展趋势进行了总结与展望。
关键词：微生物；生物絮凝剂；生物浮选；生物吸附；生物选矿The Present Situation of MicrobeMineral Proceessing and Development Direction Abstract:With the improvement of the people's awareness of environmental protection,green development for beneficiation has become increasingly intense.Either from the limitations of source, polluting to the environment, or from the flotation efficiency, traditional mineral processing reagents are difficult to meet the requirements. However, because microbial mineral processing agent is wide source,non-toxic, good selectivity and so on. It has received more and more attention in recent years and it is expected that it will be able to replace or partially replace chemical mineral processing agent. Based on the results of relevant research at home and abroad. This article introduces the concept of bio-beneficiation , analyzes the application possbility of microbial beneficiation , reviews the application of the microbe and microbial metabolites in flocculant and flotation, and describes the mechanism of microbial dressing agent ,and explains the development trend of microbial beneficiation.Keywords:microorganism; bioflocculant; bioflotation; biosorption; biobeneficiation随着资源的枯竭和矿石需求量的不断增加，难选矿的问题越来越多，重选、磁选、电选和浮选等等传统的选矿模式已经很难满足需求，导致了很多化学选矿剂的出现，主要包括氰化物、硫化物、杂醇油、非极性烃类油、黑药、烃基酸类、松醇油等一些有毒物或剧毒物。
生物选矿的应用研究现状及发展方向
Abstract: T he meaning of micr be minera l processing and its base of using w ere summar ized in this ar ticle. T he present situation of applied resea rch o n micr obe miner al pr ocessing in domestic and abroad was br iefly evaluated. And the r esear ch dir ect ion of the micr obe m iner al pro cessing is proposed. Keywords: M icro be miner al pro cessing Bacteial leaching P resent situation Resesr ch dir ection
第9期
蒋鸿辉等 : 生物选矿的应用研究现状及发展方向
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中等嗜热细菌。如硫代杆菌属 , 该类微生物适 应环境为 pH 1 1~ 3 5, 温度为 30~ 55 摄氏度 ; 极嗜热细菌。如硫代叶菌属、金属球菌属和硫 球菌属, 这类微生物在 pH 1 0~ 5 0, 温度 45~ 96 摄氏度时作用最佳; 以上三类微生物都能够氧化硫 化矿物、 S 和二价 F e 离子, 从硫化矿中浸出目的 金属 ; 异氧微生物。包括异氧菌及其代谢产物 ( 如真 菌、细菌、酵母、澡类等 ) 该类微生物能分解硫化 矿及铝硅酸盐、硝酸盐, 并能还原或氧化锰、溶解 金、吸附金属。虽然矿物生物技术涉及的微生物很 多且每种微生物的作用及应用条件有所不同 , 但在 实际应用中, 往往需要多种微生物配合使用才能达 到最好的效果。 本论文将围绕 生物选矿 这一核心问题, 主
生物控制矿化
生物控制矿化生物控制矿化是一种利用生物体来降低水体中的矿化物浓度，同时生物体本身也获得能量和营养物质的生态现象。
在生态实践中，生物控制矿化作为一种可持续的、环保的方法，已经得到了广泛的应用。
本文将探讨生物控制矿化的原理、实践意义及其应用前景。
一、生物控制矿化的原理生物控制矿化的原理是利用生物体自身具有的一定的生物活性物质，通过生物代谢和生化反应，对水体中的矿化物进行转化和降解。
这些生物活性物质一般具有很高的生物活性，可以通过生物途径快速地传递到下一个级生物体或者直接降解矿化物。
一些具有生物控制矿化能力的生物包括细菌、真菌、藻类等，它们可以通过代谢途径将矿化物转化为细胞组分或者直接降解矿化物。
二、生物控制矿化的实践意义1. 保护水生态环境生物控制矿化技术可以在不破坏原有水生态环境的情况下，有效地降低水体中的矿化物浓度，提高水质。
通过利用生物体对矿化物的转化和降解作用，可以减少水体中的化学需氧量，降低水体中的氧化还原电位，促进水体中有机物的降解和循环利用，从而达到修复水生态环境的目的。
2. 提高水体利用效率生物控制矿化技术可以将矿化物转化为生物体组分，从而减少矿化物对生物体的危害，同时为生物体提供营养，提高生物体的生长率，从而提高水体利用效率。
此外，生物控制矿化技术还可以通过生物途径将矿化物从水体中去除，降低水体处理成本，提高水体经济效益。
3. 促进实现可持续发展生物控制矿化技术具有低能耗、低排放、可循环利用等特点，可以有效促进可持续发展。
通过利用生物体对矿化物的转化和降解作用，可以减少对非可再生能源的依赖，降低碳排放，实现碳中性。
同时，生物控制矿化技术还可以实现资源的循环利用，提高资源的利用率，实现资源的高效利用。
4. 保障食品安全生物控制矿化技术可以有效地处理水体中的污染物，包括重金属、有机污染物等，从而提高水体的安全性。
通过对矿化物的去除，可以保障食品的安全性和品质，为人们的身体健康提供保障。
生物矿化的研究与应用
生物矿化的研究与应用生物矿化是指生物体内成分的以一定方式结合形成无机物质的过程。
在自然界中，生物矿化是一种广泛存在的现象，涉及到生物体内的许多结构化学成分，比如钙质和磷质物质，这些成分可以在自然界中形成复杂的结构，例如贝壳、骨骼、牙齿等等。
尤其是在今天的科技发展的大背景下，生物矿化被广泛地研究和应用于医学、材料学、环境保护等方面，具有非常广阔的应用前景。
首先，生物矿化技术在医学领域得到了广泛的应用。
目前，自身骨骼的修复和替代仍然是医学领域的一个难题，但是通过利用自然界中植物和动物的矿化过程，科学家试图寻找到治疗这些问题的方法。
举个例子，有一种生物矿化技术被应用于骨骼生长和修复的方面，这种技术可以利用生物体内生成骨质所需的成分来触发人体的自我骨骼修复机能，从而快速地修复受损的骨骼结构。
这种技术既能帮助我们治疗一些骨骼方面的疾病，同时，在外科手术中也得到了广泛的应用。
其次，生物矿化技术也可以被应用于材料学领域。
这一领域的研究重点在于如何利用生物矿化机制研发出具有强度和韧性等各种性质的材料。
生物矿化技术被应用的范围广泛，包括化妆品、食品和衣服等。
在化妆品和食品领域，生物矿化技术的应用可以增强其质地并提高产品的营养价值；在纺织品领域，生物矿化技术则可以增加材料的韧性和延展性等。
最后，生物矿化技术还可以帮助我们解决环境问题。
比如说，有一些生物矿化技术可以用于净化水和空气等环境资源，从而有效地解决了环境污染问题。
另外，生物矿化技术还能被应用于金属回收领域，在这个领域，生物矿化技术可以起到降低环境污染和化石燃料消耗的作用，从而使我们的环境更加健康。
总之，生物矿化技术是一种十分重要的研究领域，其应用范围广泛，包括医学、材料学和环境保护等方面，并且在未来的发展中，生物矿化技术将得到更广泛的应用和发展。
因此，除了继续探索生物矿化机制之外，我们还要注重结合其在各个领域的应用，不断推进生物矿化技术的创新和发展，为未来的可持续发展作出贡献。
生物矿化现象及其分子机制研究
生物矿化现象及其分子机制研究生命是自然界最神奇的存在之一，人们对生命的探索，并不仅限于生物本身的结构以及功能，更深层次的研究包括生物体内化学反应的控制。
其中，生物矿化现象是生命科学领域一项重要的研究内容。
本文将就生物矿化现象及其分子机制研究作进一步探讨。
一、生物矿化现象的定义及概况生物矿化现象指的是生物体内，在生命过程中所形成的硬组织，比如骨骼、牙齿、贝壳、珊瑚等等。
这些硬组织在很大程度上由细胞所分泌的生物无机盐和有机物质所构成，而生物无机盐则是生物体的经典矿化物。
生物无机盐和无生命的矿物质非常相似，但是生物体具有调控其形成和结构的能力，从而在生命过程中形成了非常多的无机矿物质。
目前，生物矿化现象的研究已成为了一个跨学科的领域，包括来自生物学、材料科学、生物医学、地球化学和物理学等相关领域。
二、生物矿化现象的分类及研究现状生物矿化现象可以根据不同的生物系统以及矿化物质的不同类型进行分类。
根据生物系统可以分为动物矿化和植物矿化两个系统。
动物矿化以骨骼、牙齿和贝壳为代表，这些都是由生物体内分泌物质所构成的。
例如，在骨骼中，细胞分泌的骨基质能够经过一系列的骨形成过程，最终形成具有良好机械强度的骨骼。
植物矿化则与其土壤周围环境中的离子交换有关。
例如，植物的根系能够吸收土壤中的离子，并将其颗粒化，通过生长过程来形成结构化的组织。
而根据矿化物质的不同类型，现有的研究主要集中在碳酸钙、磷酸钙和二氧化硅等矿化物质的生成机制以及棱柱形态的形成机制等方面。
对于碳酸钙和磷酸钙矿化物质，目前的研究重点在于探索这些矿物质的晶体形态以及生物体内的初始形成机制、晶体生长控制机制、晶体破裂机制等问题。
而对于二氧化硅的研究则涉及到W-silica的形成及其分子机制等问题。
当前，生物矿化现象的研究在生命科学及其相关学科领域非常火热。
不过，研究者们之间对于生物矿化现象的机制和特性仍存在许多争议和认知误区。
三、生物矿化现象的分子机制研究生物矿化现象的研究，需要对生物体内各种生化反应以及它们所控制的生物过程有深入的理解。
生物能源中的生物矿化现象研究
生物能源中的生物矿化现象研究生物能源是指以生物质为基础的能源，生物质来源广泛，既包括农作物秸秆、家庭垃圾、食品残渣等所有有机废弃物，也包括木材、竹子等植物，还有沼气、生物柴油等。
生物能源利用的环保度较高，同时也有利于实现资源循环利用，具有广泛的应用前景。
生物矿化作为生物能源中的关键环节，指的是生物体利用各种可溶性物质，如碳酸钙、空气中的二氧化碳等，在生命过程中形成矿化过程，并在其内积累有用物质的过程。
生物矿化现象早在几十年前就被科学家们注意到，如在珊瑚礁、牡蛎、牛奶石、骨骼与牙齿等地方均可以看到矿化现象的存在。
随着研究的深入，越来越多的科学家开始关注这一现象，并且探索其在生物能源中的应用价值。
研究发现，生物体在形成生物矿化过程中，通过调节基因、控制蛋白质合成等机制来控制矿物质在生物体内的生长和沉积。
这些机制保证了生物体能够高效地利用其生命过程中所需要的物质。
同时，生物矿化过程中形成的有机矿物质有着很高的稳定性和可再生性，这使得其在环境保护领域具有重要的应用前景。
近年来，在生物能源领域，研究生物矿化现象已成为热门研究方向之一。
科学家们通过对生物矿化机制的深入研究和探索，开发出一系列有效的生物能源转化技术。
其中，生物矿化技术成为了生物能源转化技术之一。
利用microBEnet(微型生物体网络)技术，科学家们可通过微生物的代谢活动和生物矿化过程将废弃物中的有机物转化为能源。
一方面，利用微生物代谢活动能够实现大量生物质的高效转化，另一方面，通过调控微生物生长环境的生化条件，可以实现对废弃物中特定成分的选择性分离。
这种生物能源转化技术不仅可以实现生物能源的高效转化，还可以达到废弃物资源有效利用的目的。
除了生物矿化技术外，生物能源的生产利用过程中还存在其他具有潜在应用价值的生物矿化现象。
如利用生物体中的一些酶、细胞膜等机制可以控制金属离子沉积，从而形成具有特殊物理化学特性的材料，还可以通过调控生物体的微环境，实现有机物质和无机物质的复合矿化沉积。
生物矿化材料的制备与应用研究
生物矿化材料的制备与应用研究近年来，随着科技的发展和人们对环境保护意识的增强，生物矿化材料的制备与应用研究逐渐受到重视。
生物矿化材料是通过生物体内的生物过程来合成的一种材料，具有较低的能耗和环境污染，被广泛应用于能源、环境、医学等领域。
一、矿化原理及机制矿化是指无机物原子、离子、分子在生物体内自发组装形成结晶体的过程。
生物矿化过程中涉及到生物体内的一系列生物分子、酶和蛋白质。
以骨骼形成为例，细胞会分泌一种特定的生物分子，如骨胶原蛋白，用于引导矿化过程。
这些生物分子可以通过自组装、骨架作用、催化等方式调节矿化过程，从而形成均匀且有机-无机结合的材料。
二、生物矿化材料的制备方法目前，生物矿化材料的制备方法主要包括生物仿生法和生物辅助法两种。
生物仿生法是通过模拟生物矿化过程，利用生物体内的生物分子、酶和蛋白质等来合成材料。
例如，利用脱氢酶作用合成生物陶瓷材料，首先通过基因工程改造细胞，使其表达特定的脱氢酶，然后利用该酶催化合成陶瓷。
生物辅助法则是利用生物体或其代谢产物在无机合成中起到模板、催化剂或助剂的作用。
例如，利用海绵或其他有机材料作为矿化模板，通过沉积无机物形成复合材料。
此外，还可以利用微生物产生的多糖物质，如范德华力和胶原蛋白，作为骨骼矿化的模板。
三、生物矿化材料在能源领域的应用生物矿化材料在能源领域具有广阔的应用前景。
例如，利用光合作用中产生的氧气，结合生物体内的金属离子，可以制备出光催化材料，用于太阳能光催化分解水制氢。
此外，生物矿化材料还可以作为锂电池、超级电容器等能源储存装置的电极材料，具有高能量密度和长循环寿命的特点。
四、生物矿化材料在环境领域的应用生物矿化材料在环境领域的应用主要体现在水处理、土壤修复、废物处理等方面。
利用生物体内的酶和微生物，可以制备出高效去除重金属和有机污染物的吸附材料。
此外，生物矿化材料还能够降解污水中的有机物质，实现废水的净化处理。
五、生物矿化材料在医学领域的应用生物矿化材料在医学领域具有广泛的应用前景。
生命科学与生物矿化研究揭示生命中的矿物奇迹
生命科学与生物矿化研究揭示生命中的矿物奇迹生命科学的研究领域广泛而深奥，其中一个重要且引人注目的方向就是生物矿化。
生物矿化指的是生物体在生长和发育过程中，通过各种方式将无生命物质转化为有机或无机矿物质的过程。
生物矿化的研究揭示了生命中的许多矿物奇迹，深刻影响着我们对生命起源和进化的理解。
1. 矿物晶体在生命中的作用矿物晶体是生物体中矿化物质的主要形态，具有形态各异、结构有序的特点。
矿物晶体在生命中扮演着重要的角色，如组成骨骼和牙齿的羟基磷灰石晶体、储存铁元素的铁蛋白晶体等。
这些晶体不仅赋予了生物体力学稳定性，还参与了许多生命过程，如物质代谢、信号传导等。
2. 生物矿化的调控机制生物矿化是一个精确而复杂的过程，其调控机制涉及到细胞、蛋白质、基因等多个层次。
细胞表面的细胞外基质承担着生物矿化的主导作用，通过分泌和固定特定的有机分子，为矿物晶体的形成提供模板和催化剂。
蛋白质在生物矿化中也起到关键作用，它们可以作为结晶核心、抑制物或调节剂等参与矿化过程。
此外，基因的表达调控对生物矿化的发生和发展也具有重要影响。
3. 生物矿化与进化生物矿化与生物进化是紧密相关的。
在进化过程中，生物矿化给予了生物体更高的适应性和竞争力。
例如，硅酸盐生物矿化在植物中起到了重要的支撑和保护作用，使植物能够适应极端环境，如沙漠、高寒地区等。
此外，生物矿化还为生物提供了新的功能和机会，如牙齿对于食物咀嚼和破碎的作用，貝殼為軟體動物提供了機械強度等。
4. 生物矿化的应用前景生物矿化的研究不仅对于揭示生命起源和进化具有重要意义，还为生物医学和材料科学提供了新的思路和方法。
研究人员通过模仿生物体内的矿化过程，研发出一系列生物矿化合成方法，制备了一些具有特殊性能和应用潜力的材料。
此外，生物矿化还有望应用于骨折修复、牙齿再生等领域，为医学治疗和健康管理带来新的突破。
5. 生物矿化研究的挑战与展望尽管生物矿化的研究已经取得了一些重要进展，但仍面临着许多挑战和待解决的问题。
生物矿化及其成因机制研究
生物矿化及其成因机制研究生物矿化是指生物体内或周围形成的一种矿物质结构，主要形成于硬质组织中，如骨骼、牙齿、贝壳等。
它与生物体的生理功能密切相关，而其成因机制的研究也成为了近年来生物学研究的重要方向之一。
一、生物矿化的意义生物矿化是生物体内或周围形成的一种矿物质结构，它给予了生物体硬质组织必备的硬度和刚性。
骨骼、贝壳、牙齿等的形成离不开矿物质的沉积，生物矿化可以保证它们的内部结构与自然界中的石材有相似的韧性，然而又能够具备生物功能。
同时，生物矿化研究对于生物医学、环境科学等领域有着重要的意义。
近年来，研究生物矿化的生化分子和调控机制，为人类治疗疾病、环境修复等方面提供了新的方向和思路。
二、生物矿化的分类生物矿化按照形成位置的不同可以分为三类：内源性生物矿化、外源性生物矿化和直接生物矿化。
内源性生物矿化是指矿化物在生物体内生成；外源性生物矿化是指生物体外部的矿化物被吸收并沉积在生物体内部；直接生物矿化是指矿化物直接由生物体分泌而成。
三、生物矿化的成因机制生物矿化的成因与钙离子浓度、酸碱平衡、微生物生长、有机物和无机物之间的相互作用等因素密切相关。
1.钙离子浓度钙是生物矿化中最为重要的元素之一。
人类和动物的骨骼、贝壳、牙齿中含有大量的钙离子，而鱼类、昆虫、软体动物等具有钙铁质壳的生物也需要大量的钙。
钙离子的运输与调节在生物矿化中起着至关重要的作用，其通过离子泵、离子通道等方式进入到细胞内部，参与生物体内钙离子水平的调节。
2.酸碱平衡在生物矿化的形成过程中，pH值的变化对于骨组织、软组织和牙齿等生物硬组织的形成至关重要。
这是因为在不同pH值下，矿化物的生成速率、稳定性和结晶形态都可能发生变化。
3.微生物的作用微生物会通过各种方式影响生物矿化的形成过程。
一些微生物会促进有机物的分解，从而加速生物矿化的过程，例如腐化过程中由微生物产生的有机酸可以促进铁的释放和氧化，从而形成自然界中的铁氧化物矿物。
此外，一些硫氧化菌也可以形成硫酸盐矿物，例如咸水湖中的硫酸盐沉积物。
生物矿化和骨科医学的研究
生物矿化和骨科医学的研究是一门极其重要的学科，对人类的生产和生活的贡献不可低估。
在这个研究领域里，科学家们不停地发掘和解决一种种难题，为我们带来新的科学成果和医学技术。
下面我们就从“骨科医学”的角度来探讨一下“”。
一、骨科医学领域的突破性进展随着生物技术的不断发展，逐渐得到了突破性的进展。
其中最引人注目的就是干细胞疗法的发展。
干细胞疗法不仅可以在医学领域应用，还可以用于生物矿化的研究中。
在骨科医学领域，干细胞可以用于替代损伤组织的修复，使得受损骨骼头恢复原状。
同时，干细胞还可以合成各种不同种类的组织，如软骨、骨骼、肌肉等，为医疗技术带来了新的希望。
另外，骨科医学领域的另一个突破性进展是骨代用品。
骨代用品是通过生物化学反应和矿化过程来制作的，因此与患者体内的自身骨骼组织很相似。
而且，骨代用品可以在患者体内填补骨缺损部位，促进骨塑性的生物矿化反应，使骨组织得以重建。
这一领域的发展使得患者在手术中不必抽出自己的骨骼组织，但仍然能够得到良好的治疗效果，做到了无痛和无恢复期。
二、生物矿化领域的新发现除了骨科医学领域的发展外，生物矿化领域的新发现也值得我们关注。
在这一领域里，科学家们不断发现一些新的生物疑似矿化过程，使得我们对于生物学中的矿化现象的理解更加深入了。
最近的一项研究发现了某些微生物可能通过矿化作用来补充自己的营养。
微生物通过分泌一种特殊的生化物质，阻止的钙、氢氧化物或磷的形成，从而使得这些元素形成的矿物质被储存在其细胞内，消耗掉营养。
这一发现不仅揭示了微生物的新技能，同时也将生物矿化的应用范围扩大到了微生物层面。
三、未来的展望在过去十多年取得了巨大的进展，而且目前也有着许多有意思的前景。
其中之一就是针对骨质疏松症的治疗。
在骨科医学领域里，骨质疏松症是一个比较普遍的疾病。
科学家们已开始研究干细胞的作用，有望开发新的治疗方案和药物。
而在生物矿化领域中，一些新的生化物质可能能够刺激骨质生长，从而抵消骨质流失的影响。
生物矿化机制的研究进展及其应用前景
生物矿化机制的研究进展及其应用前景自然界中，不少生物体能够在其体内或周围环境中形成具备生物矿化特征的物质，比如骨骼、牙齿、贝壳、珊瑚、石灰石等。
这些矿化物均具有优异的力学性能和化学稳定性，其中一些物质甚至可以应用于建筑、医学、环境保护等领域。
因此，为了深入研究生物体及其环境中形成生物矿化物的机制，不断开发生物矿化特性，生物矿化领域的研究逐渐受到关注。
生物矿化机制研究的进展少磷生物矿化生物体内某些成分常被用于形成矿化物，例如鱼类和硅藻体内都富含硅酸盐。
同样地，细菌亦可用于磷酸盐矿化物的沉积。
磷酸盐矿物在自然界中广泛存在，而人们在磷酸盐肥料生产中的过度使用导致了“磷污染”的问题。
因此，发展能够在低浓度磷酸盐条件下矿化的生物体系显得尤为重要。
此外，生物酸性磷酸酶在形成类似磷灰石这类矿化物的过程中发挥着重要作用。
绿梦虫的骨骼结构绿梦虫是一种在珊瑚礁和海草丛中常见的多孔虫。
2018年，研究人员通过扫描电子显微镜、三维重建以及X射线等技术，得出绿梦虫骨骼其内部由微喇叭状的结构芯片覆盖而成的结论。
该结构可以使矿化物成核在芯片上，并随后在整体中分散。
研究结果为构建高性能新材料提供了一种机械性能可调的加工方案。
花地蕨花地蕨是一种生长在矿物质贫瘠土壤上的植物。
2019年，科学家们在研究该植物的根系时发现，花地蕨可以通过分泌草酸来矿化岩石。
草酸和磷酸盐均属于可以参与生物矿化的有机物质。
无论在实验室或现场环境下，草酸生物矿化技术的应用将使生物矿化产物的构建和加工变得简单易行，这将有望极大地促进工业和环境保护等领域的发展。
应用前景综观生物矿化机制研究，发现其特征可靠、应用前景广阔，具有较强开发和应用潜力。
其主要应用如下：环境净化生物矿化技术在环境净化领域具有广泛应用前景。
根据发生生物矿化的方式和条件的不同，可形成不同材料的形态和性能。
例如，鱼类鳞片磷酸钙冶金物质可用于催化剂、纳米粒子、生物质燃烧和医疗设备等领域，而硅藻体就可以用作硅基电池、配合剂和高分子涂料等。
生物矿化研究现状和展望
摘要：生物矿化过程是指在生物体中细胞的参与下，无机元素从环境中选择性地沉淀在特定的有机质上而形成的新矿物.生物矿化矿物的结晶严格受生物体分泌的有机基质的控制，是在有机基质膜板诱导下的晶体生长.生物体内有机基质指导矿物晶体的成核、生长和聚集，使得生物矿物具有特定的形貌、取向和组装方式，从而产生特殊的功能.生物矿化近年来受到化学、物理、生物以及材料学等多学科的关注.综述了生物矿化的类型、过程、机理及常用的研究方法和研究进展，并作了学科展望.关键词：生物矿物；碳酸钙；生物矿化过程；生物矿化机理收稿日期：2009-05-24；修回日期：2009-09-11.张哲编辑.基金项目：中国地质大学地质过程与矿产资源国家重点实验室开放课题（GPMR200624、GPMR0739）资助.生物矿化研究现状和展望黄磊，杨永强，李金洪（中国地质大学地质过程与矿产资源国家重点实验室，北京100083）·综述·文章编号：1671-1947（2009）04-0317-05中图分类号：P611文献标识码：A地质与资源GEOLOGY AND RESOURCES第18卷第4期2009年12月Vol.18No.4Dec.2009生物矿化过程是指在生物体中细胞的参与下，无机元素从环境中选择性地沉淀在特定的有机质上而形成矿物.生物矿化作用是在有机基质全程参与调控与诱导下形成矿物的过程［1］.生物矿化是指生物体内无机矿物的形成过程，包括两种形式：一种是正常矿化，如骨骼、牙齿和贝壳等的形成；另一种是异常矿化，如结石、牙石和龋齿等.近年有关生物矿化的研究十分引人注目，其主要原因是该领域具有明显的学科交叉与渗透特点，处于生命科学与无机化学、生物物理学和材料科学的交汇点，更为重要的是它为人工合成具有特种功能晶体材料和生物智能材料提供了一种新的思路.1生物矿物的分布与特性1.1生物矿物的分布至今已知的生物体内矿物有60多种，含钙矿物约占生物矿物总数的一半，其中碳酸盐是最为广泛利用的无机成分，磷酸盐次之［2］.碳酸钙主要构成无脊椎动物的外骨骼；磷酸钙主要构成脊椎动物的内骨骼和牙齿；硅氧化物多见于植物中；泌尿系结石的主要组分为草酸钙、磷酸钙、磷酸镁铵、尿酸和胱氨酸等；铁锰氧化物和氢氧化物主要见于铁细菌，其中磁铁矿主要见于磁性细菌和软体动物的部分矿化组织中，如石鳖齿舌中含有大量的磁铁矿；硫酸盐主要分布于厌氧的光能硫细菌和硫氧化细菌中，如棘骨虫亚纲（acantharia ）的天青石骨针.1.2生物矿物的特性与自然界中形成的一般矿物相比，生物矿物主要特性有4点:（1）结构上的高度有序使得生物矿物具有极高的强度和良好的断裂韧性.骨骼和牙齿具有高强度，软体动物的贝壳珍珠层具有高硬度和优异韧性，均是归因于蛋白质与无机晶体间复杂的相互作用而形成的高级自组装结构.（2）生物矿物一般具有确定的晶体取向.如鸡蛋壳中方解石以c 轴垂直于蛋壳表面；软体动物壳层中方解石常沿（001）面垂直生长，珍珠层中文石的a 轴平行于β2几丁质纤维（β2chitin fibrils ），b 轴平行于β2折叠（β2pleated sheet ）的类丝心蛋白多肽链.（3）矿物质与有机基质的相互作用.草酸钙尿石超微结构的原子力显微镜（AFM ）表明，尿石晶粒之间都填充呈条索状或细纤维状但形态不定的基质，基质不仅紧密包绕在晶粒周围，将晶粒紧密连结起来，而且基质自身互相连接、融合，构成形态不一的网状纤维.这表明在结石形成过程中，晶粒的聚集不是简单堆积，基质起着连接、黏附晶粒以及聚集融合作用.（4）矿物质在整个生物代谢过程中形成，并参与代谢过程.2生物矿化的类型Mann初步阐述了生命体中无机矿物的形态和结构、生物矿化类型和生理功能、生物矿化作用的化学控制、边界组织、有机基质控制等基本问题，并提出界面有组织矿化的观点，认为生物矿化过程存在着不同层次的控制作用［3］.生物矿物的形成常常是各种因素协同作用的结果，根据生物体对生物矿物调控程度的不同，生物矿化可分为生物诱导和生物控制两类.生物诱导矿化是由生物的生理活动（如新陈代谢、呼吸作用和细胞壁的建立等）引起周围环境物理化学条件改变而发生的生物矿化作用.这种矿化没有圈定的局限空间，没有专门的细胞组织或生物大分子引导，所形成的晶体任意取向，缺乏独特形态.一般认为，生物诱导矿物生长是环境中的离子不断沉积到矿物表面的结果，但Banfield等［4］提出了一种新的生长方式，即生物矿物的生长可通过纳米微粒的取向黏附来完成，并对两种铁氧化细菌（嘉利翁氏菌属和纤发菌属）及其诱导下形成的生物矿物羟基氧化铁（FeOOH）进行了研究，发现FeOOH由直径为2～3nm的水铁矿纳米微粒组成，在一定的面积内，各微粒的晶轴平行.生物控制矿化是由生物的生理活动引起，并在空间、构造和化学3方面受生物控制的矿化过程.它发生在圈定的局限空间（如脂质泡囊）内，形成的生物矿物有机物质含量高，结晶习性独特，大小均匀，形状一致，排列规则.Chan等［5］报道：嘉利翁氏菌属和纤发菌属细菌细胞表面突出的细丝状聚合物可作为空间定位的膜板，诱导四方纤铁矿（β2FeOOH）围绕其沉积，形成长几微米，直径20～200nm的矿化细丝.X射线光电子散射光谱（X2PEEM）和X射线吸收近边结构谱（XANES）结果表明，这种细丝状聚合物主要的有机成分海藻胶质（alginate）是一种酸性多糖.因此推测，它是海藻胶质调控β2FeOOH的形成.3生物矿化的过程一般的晶体生长概括起来可以分为4个过程，即溶质溶解—生长基元的形成—生长基元在界面上的叠合—晶体形成.在生物矿化中晶体的形成可以分为4个阶段.（1）有机基质的预组织（超分子预组织）.在矿物沉积前构造一个有组织的反应环境，该环境决定了无机物成核的位置.有机基质的预组织是生物矿化的膜板前提，预组织原则是指有机基质与无机相在分子识别之前将识别无机物的环境组织得愈好，则它们的识别效果愈佳，形成的无机相愈稳定.该阶段是生物矿化进行的前提.（2）界面分子识别［6］.Mann根据酶与底物作用的特点最早提出分子识别的概念及著名的锁与钥匙原理.分子识别可理解为底物与受体选择性结合，并具有专一性功能的过程，互补性和预组织是决定分子识别过程的两个关键性因素.分子识别过程可引起体系电学、光学性质及构象的变化，也可引起化学性质的变化，这些变化意味着化学信息的存储、传递及处理［7］.在已形成的有机基质组装体（底物）的控制下，无机物（受体）从溶液中在有机／无机界面成核.其中的分子识别表现为有机基质分子在界面处通过晶格几何特征、静电电势相互作用、极性、立体化学互补、氢键相互作用、空间对称性和形貌等方面影响和控制无机物成核的部位、结晶物质的选择、晶形、取向及形貌等.（3）生长调制（化学矢量调节）.无机相通过晶体生长进行组装得到亚单元，同时形状、大小、取向和结构受有机基质分子组装体的控制；由于实际生物体内矿化中有机基质是处于动态的，所以在时间和空间上也受有机基质分子组装体的调节.在许多生物体系中，分子构造的第3个阶段即通过化学矢量调节赋予了生物矿化物质具有独特的结构和形态的基础.（4）外延生长（细胞水平调控与再加工），在细胞参与下亚单元组装成更高级的结构.该阶段是造成天然生物矿化材料与人工材料差别的主要原因，而且是复杂超精细结构在细胞活动中进行最后的修饰的阶段.4生物矿化的成长机理生物矿化过程的一个显著特征是这个过程受控于有机大分子基体［8］.生物矿化研究20年来一个重要的进展就是认识到有机膜板对无机晶体的调制作用.有机基质对无机晶体的成核、生长、晶形及取向等的控制是一个相当复杂的过程，目前一般将这种过程称为分子识别.4.1静电相互作用和电荷在界面的富集Lochhead［9］认为带负电的有机基质易于诱导无机相的异相成核而抑制无机相的均相成核，从而有利于晶体成核生长.Lochhead等［9］对这种有机-无机界面的相互作用进行了理论计算，发现在带负电荷的有机单层膜界面处，阳离子的浓度一般比溶液体相中的要高，且与体相中的阳离子浓度无关，但界面处的阴离子的浓度比体相中的要低，从而使界面处的阴、阳离子之比偏离晶体的化学计量比，而这种偏离有利于晶体成核生长.带负电荷的有机基质鳌合带正电的阳离子，诱导地质与资源2009年318出局部的晶体阴离子浓度增大，从而进一步吸引更多的阳离子，直到有机无机-界面阳离子浓度有利于晶体的异相成核.在生物矿化中有机基质中亲水头起着微粒的作用，先吸引阳离子，后诱导晶体的晶核的形成.Lin［10］等研究了纤铁矿和磁铁矿在LB膜（将兼具亲水头和疏水尾的两亲性分子分散在水面上，经逐渐压缩其水面上的占有面积，使其排列成单分子层，再将其转移沉积到固体基底上所得到的一种膜）下的生长，他指出以带负电十八醇（stearyl alcohol）单层膜作膜板可以诱导纤铁矿的定向和外延生长，而带正电的十八胺为膜板和无膜时的现象一样，即界面没有成核，原因是界面层中不存在适合晶体生长的静电相互作用.4.2晶体面网的几何匹配根据晶体成核热力学理论和公式可知：（1）降低表面能垒或增加溶液饱和度都可以促进成核；（2）如果晶粒-基物表面之间相互作用所表示的净界面能比晶粒-溶液的界面能低，那么异相成核优先发生.在膜的诱导下晶体的生长机理发生改变，一方面，膜的存在使溶液表面成核物种浓度增大，膜与成核物种之间的分子识别导致膜亲水基团和成核物种之间的精确匹配.有机基质膜板的周期结构与晶体某一方向面网的周期晶格常数相适应时，降低了无机相异相成核的活化能，会诱导晶体沿该方向面网生长，从而使该面网的晶轴垂直膜板.一般认为，当有机基质通过分子识别选择性地与晶体某一方向面网相互匹配时，会阻塞其他生长位置，使晶体在垂直该面网方向的生长速度相对其他方向面网会大大减少或停止生长，从而使该面网相对稳定并体现在最终形态中.4.3空间立体化学结构互补所谓立体化学互补，要求有机-无机界面处的有机头基和晶体中的无机离子在配位体机构上即空间结构上达到互补，从而达到相互识别的效果.立体化学互补在有两个晶面竞争生长时，其作用更为突出.欧阳健明等研究了DPPC（dipalmitoylphosphatidylcholine，即二棕榈磷脂酰胆碱）单分子膜下草酸钙的取向生长，证实二者之间存在立体化学匹配时，草酸钙才会受控生长.总的来说，有机质对无机晶体结晶的控制作用常常是各种因素协同作用的结果［11］.另外局域化学控制也起一定的作用.在这几种作用中，静电相互作用必不可少，它对于界面电荷富集和双电荷层的形成起着关键的作用，同时晶格匹配和立体化学机构互补具有空间定位和空间约束的作用，控制成核过程和晶体生长等的立体化学专一的特征，因而使晶体的大小、形貌、结构都得到控制和调节.此外，分子识别时的协同作用还包括有机基质各功能基团的协同作用，识别时有机基质结构的改变，以及有机基质各功能基团之间的相互作用等，这几方面已经成为生物矿化研究的前沿.一般认为有机基质诱导生物矿化的驱动力是由有机-无机界面间的静电力、几何、结构和立体化学二元互补性决定.有机基质表面的作用主要是降低成核活化能，成核活化能的降低反映了有机-无机界面结构和立体化学互补性要求，而且从能量的角度上说明有机基质诱导下的晶体的生长符合能量最低原理，即在这样的环境条件下，特定晶形的出现是能量最低化的一种表现形式.这一点可以从经典的晶体成核理论得到很好的解释，更进一步说明了生物体对外界的协同性和适应性.5生物矿化研究的常用方法常用SAM（self-assemed monolayer,在钛表面通过乙烯基三乙氧基硅烷的分子自组织形成单分子层）、微囊、囊泡、胶束、反相胶束、微乳液、LB膜、单层分子膜、液晶等物质来作膜板，有机基质往往为表面活性剂，另外还有生物大分子和生物中的有机质，如磷脂、脂体、几丁质、胶原蛋白、胆固醇等有序分子膜为基质的仿生矿化模拟体系，可以在体外形成特殊的隔室来有效地模拟生物膜［12］.在这个特殊的隔室中，反应物可以富集、定位并被有机质诱导，同时隔室环境中的过饱和度、pH值、温度、抑制剂或促进剂等因素对成矿的影响相比于细胞膜体系变得简单.特别是将含O、N、S的亲水头基引入成膜物质后，极大地丰富了研究对象，这不仅为寻找促进或抑制生物矿化的有基质提供了更多的机会，也为在理论上进一步阐明基质诱导下的成矿机制创造了条件［13］.在众多方法中，由于LB膜简洁，便于操作，以及LB膜自身的特点，即膜的堆积模式和功能基团可以通过巧妙的选择表面活性剂任意修饰，以及LB膜结构更像半层生物膜.因此，可利用对简单表面活性剂分子所得规律，辅助以分子设计的手段制备出具有特殊功能基团的表面活性剂分子，从而导致具有应用价值的有机-无机和有机-超晶格的生成.这对晶体学、无机纳米材料、有机-无机复合材料和陶瓷材料的合成，以及生物矿化模拟研究都具有重要的意义和潜在的应用前景.目前，利用LB技术进行生物矿化的研究已经成为了国际研究的热点，并逐渐成为生物矿化中仿生合成的一种主要方法，而且尺度已到介观即亚微观水黄磊等:生物矿化研究现状和展望第4期319平［14］.电子显微镜、原子力显微镜、各类同步幅射光源显微成像技术和同步辐射X射线精细结构谱等前沿的纳米分析技术，已经逐渐介入生物成矿的研究领域，通过综合这些前沿技术各自的探测优势，可从各个侧面对生物成矿的微观和介观现象进行观测，从而更加全面地认识和理解生物成矿的过程和机理［15］.随着生物成矿机理认识的深入，对各类探测手段不仅提出更高的要求，还促使新的探测方法的建立和出现，如能够进行活体观测的环境SEM、能够实时观测无机物和生物活体相互作用的原子力显微镜的液体池技术、能够原位得到细胞三维空间信息的同步幅射相位成像技术等［16,17］.6生物矿化研究展望鉴于生物矿化的一系列优点和LB膜技术的仿生功能，国内外当前利用LB膜研究生物矿化中仿生合成的方向主要集中在两个方面：（1）系统研究LB膜诱导晶体生长机理，找出特殊规律以发展和完善晶体学.清华大学系统地研究了磷脂分子单分子膜与脂质体调节磷酸钙的生长规律；南京大学系统地研究了9-（十六烷亚氨）-4，5-二氮杂芴酮（hidg，98）单分子膜诱导五水硫酸铜的生物矿化机理；（2）利用LB膜诱导生成新型晶体材料.如利用脂肪酸单分子膜诱导KDP过饱和溶液取向结晶和外延生长的研究，单分子膜板分子识别KDP的（100）晶面，并诱导KDP取向生长,得到了具有优异光学性质的纳米晶体颗粒［18］.利用单分子膜诱导生成半导体纳米材料，是利用单分子膜中负载的成核粒子与适当的试剂发生化学反应，来生成纳米半导体材料.美国成功制备了CdS、ZnS、PbS、PbSe等半导体纳米材料.生物矿化的首要目的是建立解决生物矿化的理论问题，而真正的生物体不管是生物膜还是膜存在的生物环境都不是单一体系，基于此，国内外的科学家们从以下两个方面对生物矿化的机理进行研究.一方面，用混合膜作基质作膜板来诱导无机相的结晶，例如，用DPPC和PC的混合来诱导葡萄糖酶的结晶；另一方面，用混合膜基质作膜板来研究对混合无机溶液的诱导结晶.如，暨南大学的欧阳健明从膜控生物矿化的角度以PC（Polycarbonate，即聚碳酸酯）和合成配体所组装的有序分子膜为模拟体系对胆结石的成因进行了初步研究.但这方面的研究仍是非常有限的.在这些前沿性的研究课题里，有一些是以前曾经研究的课题，当时由于各种条件的限制而没有很好解决（如生物矿化的机理），现在由于科技的发达和实验手段的进步以及实验方法的改进,这些悬而未决的问题又成为研究的热点，这更加说明了生物矿化的复杂性和科学发展的一般规律性.因此需要在更接近生物体内环境的条件下，进一步研究生物大分子专一的调控作用以及协同调控作用，进一步研究基质中的生物矿化过程、细胞-矿物的相互作用，以阐明生物矿物的形成过程，为开发仿生材料和治疗异常矿化引起的疾病提供启示.参考文献：［1］崔福斋.生物矿化［M］.北京:清华大学出版社，2007.［2］欧阳健明.生物矿物及其矿化过程［J］.化学进展，2005，17（4）:749—756.［3］M 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phosphorite deposit is of shallow -sea facies;while the Qinglongshao phosphorite belongs tocontinental facies.Both of them are important phosphate ore mining bases in Anning,Yunnan Province,with high grade and big reserves.The goyazite ore bed and kaolin claystone unconformably overlap the Qinglongshao breccia phosphate,which is characterized by continental facies phosphorite,without the shallow -sea characters of primary sedimentary structure.The Baideng deposit contains two layers of commercial ore;while the Qilongshao deposit includes only one layer.Key words ：phosphorite;shallow -sea facies;continental facies;breccia phosphate;Baideng phosphorus deposit;Qinglongshao phosphorus deposit作者简介：贺瑾瑞（1984—），男，山西朔州人，昆明理工大学国土资源工程学院矿产普查与勘探2007级硕士研究生，主要研究方向成矿预测，通信地址云南昆明昆明理工大学（莲花校区）学生宿舍6栋412室，邮政编码650093，E -mail//hjrvip@（上接第320页）贺瑾瑞等:云南白登浅海相磷块岩与青龙哨陆相磷块岩的对比研究第4期297REVIEW OF THE RESEARCH ON BIOMINERALIZATIONHUANG Lei,YANG Yong -qiang,LI Jin -hong（State Key Laboratory of Geological Process and Mineral Resources ,China University of Geosciences ,Beijing 100083,China ）Abstract ：The process of biomineralization means that,in the participation of cells in the organism,inorganic elements precipitate on organic matter in a particular selective precipitation from the environment to form new minerals.The mineral crystallization is regulated by the organic matrix that the organism excretes,and then the organic matrix can induce the inorganic materials to crystallize and grow.The organic matrix within the organism body controls the nucleation,growth and accumulation for mineral crystal,in order to make the biominerals develop in special shape,orientation and alignment and show special functions.Nowadays,the biomineralization attracts the attention of chemistry,physics,biology and material science.This paper reviews the type,procedure and mechanism of biomineralization,as well as the common method and further prospects of the research.Key words ：biomineral;calcium carbonate;mechanism of biomineralization;process of biomineralization作者简介：黄磊（1983—），男，辽宁鞍山人，中国地质大学（北京）矿产资源专业在读硕士研究生，通信地址北京市海淀区29号中国地质大学地球科学与资源学院s0701-2信箱，E -mail//huangleicomcn@。
贝壳在组织工程及生物矿化的研究现状
贝壳在人工骨研究中的应用正逐步引起重视et等（2004）[3] 用珠母贝贝壳修补绵羊骨缺损取得了很好的结果。
MBachle等（2006）[4]将罗曼蜗牛（Helix pomatia）贝壳与人成骨细胞共培养，认为与角质层相比，珍珠层更适合人成骨细胞的黏糊和扩增。
以这2篇文献为表的研究工作的特点是：所用材料为天然贝壳，没有破坏贝壳的结构，也没有将贝壳和其他材料复合。
事实上，直接将贝壳作为人工骨材料是很受制约的，因为，贝壳的几何形状和尺寸很难与骨移植中对原料的要求相匹配，所以先将贝壳制备成粉末后再将其加工成所需的几何形态是贝壳应用于骨修复与替代的主要出路。
冯永增等（2008）[5] 以牡蛎壳粉末为原料，将其与消旋聚乳酸复合以制备人工骨，认为其孔隙率、孔径、生物力学强度、体外降解性能可满足骨替代材料的要求。
不可否认，从一定意义上讲，这篇文献所报道的工作是目前贝壳复合材料应用于人工骨研究中的比较早而且比较全面的工作。
但是，这并不意味着他们所制备的这种材料就可以作为人工骨使用，因为，在所报道的工作中没有动物实验和细胞实验内容，所以，也就不能评价这种材料的优劣。
贝壳内部结构的研究许艺等（2008）[6] 将贝壳珍珠层的内部微结构归纳为7 种类型，即柱状珍珠母(columnar nacre)、片状珍珠母(sheet nacre)、棱柱结构(prismatic)、交叉叠片结构(crossed lamellar)、复杂交叉叠片结构(complex crossed lamellar)、簇叶结构(foliated)和匀质结构(homo- geneous)。
虽然，对这些结构的归纳是基于对贝壳珍珠层内部结构的研究结果，但是对贝壳角质层和棱柱层内部结构的研究仍有借鉴意义。
S. Kamat等（2000）[7] 在《nature》所报道的贝壳内部结构研究结果最具有代表性。
他们通过扫描电镜和透射电镜对女王凤凰螺（Strombus gigas）贝壳的内部结构进行了观察和测量，认为贝壳的晶体结构由三级片层结构构成。
《生物矿化》第二版 字数
《生物矿化》第二版字数生物矿化是指生物体在特定条件下利用自身活动产生的有机物或矿物质沉积物，形成特定的结构和功能。
它在自然界中广泛存在，并在生物体的生长、代谢和生物功能中起着重要作用。
1. 概述生物矿化的概念和意义生物矿化是生命科学领域中的一个重要研究课题。
它不仅对理解生命现象和探索自然界的奥秘具有重要意义，还具有广泛的应用前景。
生物矿化可以通过模仿生物体的矿化过程来实现新材料的合成和功能化设计，为材料科学和工程提供全新的思路和方法。
2. 生物矿化的种类和机制生物矿化可以分为无机矿化和有机矿化两种类型。
无机矿化是指生物体利用无机物质沉积的过程，例如贝壳、牙齿、骨骼等。
有机矿化则是指生物体依靠有机物质的作用沉积矿物质，例如珊瑚、鸟巢等。
生物矿化的机制复杂多样，包括酶催化、隔膜控制、配位交换等多种过程。
3. 生物矿化在生物体中的作用生物矿化在生物体中扮演着重要角色。
在动物体内，骨骼和牙齿的形成依赖于钙磷化合物的沉积，这种矿化过程不仅能提供支撑和保护，还能参与离子平衡、酸碱调节等生理功能。
在植物体内，矿物质的沉积对植物的结构和生长环境起着至关重要的作用。
4. 生物矿化的调控和应用生物矿化过程受到多种调控因素的影响，包括基因表达调控、环境刺激等。
通过研究这些调控机制，可以深入理解生物矿化的规律和机制，并为制备高性能的仿生材料提供理论指导。
同时，生物矿化的应用也日益受到关注，例如利用生物矿化技术治疗疾病、生态修复和环境保护等方面。
5. 生物矿化研究的前沿进展和展望随着科学技术的不断发展，生物矿化研究取得了很多重要进展。
新的解析技术和材料合成方法的引入，为解密生物矿化的机制和设计新型仿生材料提供了强大支持。
未来的研究方向包括深入探索生物矿化的分子机制、建立更准确的仿生模型以及探索生物矿化在医学、能源和环境领域的应用前景。
以上是关于《《生物矿化》第二版字数》的内容，希望能对读者对生物矿化有一个全面而深入的了解。
生物矿化和生物晶体学的研究
生物矿化和生物晶体学的研究生物矿化和生物晶体学是现代生物学领域中的重要分支，主要研究生物体内的无机物质合成和结晶形态的形成机制。
它们不仅对于生命的起源和演化等基础科学问题有着重要的意义，而且对于应用领域如医药、材料科学、能源等方面也有着广泛的应用前景。
一、生物矿化的研究生物矿化是指生物体内无机物质在生物大分子的参与下合成和结晶形态的形成过程。
它是生命体系从化学进化到生命演化的重要阶段之一，具有极为重要的生物学意义。
生物矿化的主要研究方向包括以下几个方面：（一）骨质形成骨质是身体最重要的结构之一，它主要由无机矿物质和有机物质组成。
生物矿化学家通过研究骨质形成的机制，揭示了骨质形成过程中酶、蛋白质等生物大分子的参与和调节，为肌骨疾病的研究提供了有力支持。
（二）牙齿形成牙齿是人类最重要的器官之一，因此牙齿形成的机制一直是研究的热点之一。
生物矿化学家通过研究牙齿形成过程中无机物质的参与和调节，揭示了牙齿成熟的过程中生物体内部分元素的交换和驱动，为牙科医学的发展提供了新思路。
（三）珍珠形成珍珠是另一类生物体内的无机产物，珍珠在鲍鱼、蚌类等海洋生物中广泛存在。
珍珠的形成机制一直是珠宝界、皮革业等应用领域关注的问题。
生物矿化学家通过研究珍珠形成的机制，揭示了珍珠形成过程中酶、蛋白质等生物大分子的参与和调节，为珠宝、皮革等产业提供了技术支持。
二、生物晶体学的研究生物晶体学是基础生命科学和材料科学领域中的交叉学科，它主要研究生物大分子（如蛋白质、核酸等）的结晶形态和三维结构的解析。
生物晶体学可以为药物研发、蛋白质工程等领域提供重要的支持和帮助。
主要研究方向如下：（一）生物大分子的结晶生物大分子的结晶是生物晶体学的核心问题，只有通过结晶才能进行高精度三维结构测定。
生物晶体学家通过研究生物大分子的结晶和晶体形态的演变规律，探讨生物体内大分子结构的组成和稳定性，为生物大分子药物和分子工程领域提供重要的实验基础。
（二）分析器件的研究与开发随着生命科学研究和生物技术的不断发展，对于感光性和精度要求越来越高的“X射线结晶衍射仪”等高精度分析器件的需求也越来越大。
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摘要：生物矿化过程是指在生物体中细胞的参与下，无机元素从环境中选择性地沉淀在特定的有机质上而形成的新矿物.生物矿化矿物的结晶严格受生物体分泌的有机基质的控制，是在有机基质膜板诱导下的晶体生长.生物体内有机基质指导矿物晶体的成核、生长和聚集，使得生物矿物具有特定的形貌、取向和组装方式，从而产生特殊的功能.生物矿化近年来受到化学、物理、生物以及材料学等多学科的关注.综述了生物矿化的类型、过程、机理及常用的研究方法和研究进展，并作了学科展望.关键词：生物矿物；碳酸钙；生物矿化过程；生物矿化机理收稿日期：2009-05-24；修回日期：2009-09-11.张哲编辑.基金项目：中国地质大学地质过程与矿产资源国家重点实验室开放课题（GPMR200624、GPMR0739）资助.生物矿化研究现状和展望黄磊，杨永强，李金洪（中国地质大学地质过程与矿产资源国家重点实验室，北京100083）·综述·文章编号：1671-1947（2009）04-0317-05中图分类号：P611文献标识码：A地质与资源GEOLOGY AND RESOURCES第18卷第4期2009年12月Vol.18No.4Dec.2009生物矿化过程是指在生物体中细胞的参与下，无机元素从环境中选择性地沉淀在特定的有机质上而形成矿物.生物矿化作用是在有机基质全程参与调控与诱导下形成矿物的过程［1］.生物矿化是指生物体内无机矿物的形成过程，包括两种形式：一种是正常矿化，如骨骼、牙齿和贝壳等的形成；另一种是异常矿化，如结石、牙石和龋齿等.近年有关生物矿化的研究十分引人注目，其主要原因是该领域具有明显的学科交叉与渗透特点，处于生命科学与无机化学、生物物理学和材料科学的交汇点，更为重要的是它为人工合成具有特种功能晶体材料和生物智能材料提供了一种新的思路.1生物矿物的分布与特性1.1生物矿物的分布至今已知的生物体内矿物有60多种，含钙矿物约占生物矿物总数的一半，其中碳酸盐是最为广泛利用的无机成分，磷酸盐次之［2］.碳酸钙主要构成无脊椎动物的外骨骼；磷酸钙主要构成脊椎动物的内骨骼和牙齿；硅氧化物多见于植物中；泌尿系结石的主要组分为草酸钙、磷酸钙、磷酸镁铵、尿酸和胱氨酸等；铁锰氧化物和氢氧化物主要见于铁细菌，其中磁铁矿主要见于磁性细菌和软体动物的部分矿化组织中，如石鳖齿舌中含有大量的磁铁矿；硫酸盐主要分布于厌氧的光能硫细菌和硫氧化细菌中，如棘骨虫亚纲（acantharia ）的天青石骨针.1.2生物矿物的特性与自然界中形成的一般矿物相比，生物矿物主要特性有4点:（1）结构上的高度有序使得生物矿物具有极高的强度和良好的断裂韧性.骨骼和牙齿具有高强度，软体动物的贝壳珍珠层具有高硬度和优异韧性，均是归因于蛋白质与无机晶体间复杂的相互作用而形成的高级自组装结构.（2）生物矿物一般具有确定的晶体取向.如鸡蛋壳中方解石以c 轴垂直于蛋壳表面；软体动物壳层中方解石常沿（001）面垂直生长，珍珠层中文石的a 轴平行于β2几丁质纤维（β2chitin fibrils ），b 轴平行于β2折叠（β2pleated sheet ）的类丝心蛋白多肽链.（3）矿物质与有机基质的相互作用.草酸钙尿石超微结构的原子力显微镜（AFM ）表明，尿石晶粒之间都填充呈条索状或细纤维状但形态不定的基质，基质不仅紧密包绕在晶粒周围，将晶粒紧密连结起来，而且基质自身互相连接、融合，构成形态不一的网状纤维.这表明在结石形成过程中，晶粒的聚集不是简单堆积，基质起着连接、黏附晶粒以及聚集融合作用.（4）矿物质在整个生物代谢过程中形成，并参与代谢过程.2生物矿化的类型Mann初步阐述了生命体中无机矿物的形态和结构、生物矿化类型和生理功能、生物矿化作用的化学控制、边界组织、有机基质控制等基本问题，并提出界面有组织矿化的观点，认为生物矿化过程存在着不同层次的控制作用［3］.生物矿物的形成常常是各种因素协同作用的结果，根据生物体对生物矿物调控程度的不同，生物矿化可分为生物诱导和生物控制两类.生物诱导矿化是由生物的生理活动（如新陈代谢、呼吸作用和细胞壁的建立等）引起周围环境物理化学条件改变而发生的生物矿化作用.这种矿化没有圈定的局限空间，没有专门的细胞组织或生物大分子引导，所形成的晶体任意取向，缺乏独特形态.一般认为，生物诱导矿物生长是环境中的离子不断沉积到矿物表面的结果，但Banfield等［4］提出了一种新的生长方式，即生物矿物的生长可通过纳米微粒的取向黏附来完成，并对两种铁氧化细菌（嘉利翁氏菌属和纤发菌属）及其诱导下形成的生物矿物羟基氧化铁（FeOOH）进行了研究，发现FeOOH由直径为2～3nm的水铁矿纳米微粒组成，在一定的面积内，各微粒的晶轴平行.生物控制矿化是由生物的生理活动引起，并在空间、构造和化学3方面受生物控制的矿化过程.它发生在圈定的局限空间（如脂质泡囊）内，形成的生物矿物有机物质含量高，结晶习性独特，大小均匀，形状一致，排列规则.Chan等［5］报道：嘉利翁氏菌属和纤发菌属细菌细胞表面突出的细丝状聚合物可作为空间定位的膜板，诱导四方纤铁矿（β2FeOOH）围绕其沉积，形成长几微米，直径20～200nm的矿化细丝.X射线光电子散射光谱（X2PEEM）和X射线吸收近边结构谱（XANES）结果表明，这种细丝状聚合物主要的有机成分海藻胶质（alginate）是一种酸性多糖.因此推测，它是海藻胶质调控β2FeOOH的形成.3生物矿化的过程一般的晶体生长概括起来可以分为4个过程，即溶质溶解—生长基元的形成—生长基元在界面上的叠合—晶体形成.在生物矿化中晶体的形成可以分为4个阶段.（1）有机基质的预组织（超分子预组织）.在矿物沉积前构造一个有组织的反应环境，该环境决定了无机物成核的位置.有机基质的预组织是生物矿化的膜板前提，预组织原则是指有机基质与无机相在分子识别之前将识别无机物的环境组织得愈好，则它们的识别效果愈佳，形成的无机相愈稳定.该阶段是生物矿化进行的前提.（2）界面分子识别［6］.Mann根据酶与底物作用的特点最早提出分子识别的概念及著名的锁与钥匙原理.分子识别可理解为底物与受体选择性结合，并具有专一性功能的过程，互补性和预组织是决定分子识别过程的两个关键性因素.分子识别过程可引起体系电学、光学性质及构象的变化，也可引起化学性质的变化，这些变化意味着化学信息的存储、传递及处理［7］.在已形成的有机基质组装体（底物）的控制下，无机物（受体）从溶液中在有机／无机界面成核.其中的分子识别表现为有机基质分子在界面处通过晶格几何特征、静电电势相互作用、极性、立体化学互补、氢键相互作用、空间对称性和形貌等方面影响和控制无机物成核的部位、结晶物质的选择、晶形、取向及形貌等.（3）生长调制（化学矢量调节）.无机相通过晶体生长进行组装得到亚单元，同时形状、大小、取向和结构受有机基质分子组装体的控制；由于实际生物体内矿化中有机基质是处于动态的，所以在时间和空间上也受有机基质分子组装体的调节.在许多生物体系中，分子构造的第3个阶段即通过化学矢量调节赋予了生物矿化物质具有独特的结构和形态的基础.（4）外延生长（细胞水平调控与再加工），在细胞参与下亚单元组装成更高级的结构.该阶段是造成天然生物矿化材料与人工材料差别的主要原因，而且是复杂超精细结构在细胞活动中进行最后的修饰的阶段.4生物矿化的成长机理生物矿化过程的一个显著特征是这个过程受控于有机大分子基体［8］.生物矿化研究20年来一个重要的进展就是认识到有机膜板对无机晶体的调制作用.有机基质对无机晶体的成核、生长、晶形及取向等的控制是一个相当复杂的过程，目前一般将这种过程称为分子识别.4.1静电相互作用和电荷在界面的富集Lochhead［9］认为带负电的有机基质易于诱导无机相的异相成核而抑制无机相的均相成核，从而有利于晶体成核生长.Lochhead等［9］对这种有机-无机界面的相互作用进行了理论计算，发现在带负电荷的有机单层膜界面处，阳离子的浓度一般比溶液体相中的要高，且与体相中的阳离子浓度无关，但界面处的阴离子的浓度比体相中的要低，从而使界面处的阴、阳离子之比偏离晶体的化学计量比，而这种偏离有利于晶体成核生长.带负电荷的有机基质鳌合带正电的阳离子，诱导地质与资源2009年318出局部的晶体阴离子浓度增大，从而进一步吸引更多的阳离子，直到有机无机-界面阳离子浓度有利于晶体的异相成核.在生物矿化中有机基质中亲水头起着微粒的作用，先吸引阳离子，后诱导晶体的晶核的形成.Lin［10］等研究了纤铁矿和磁铁矿在LB膜（将兼具亲水头和疏水尾的两亲性分子分散在水面上，经逐渐压缩其水面上的占有面积，使其排列成单分子层，再将其转移沉积到固体基底上所得到的一种膜）下的生长，他指出以带负电十八醇（stearyl alcohol）单层膜作膜板可以诱导纤铁矿的定向和外延生长，而带正电的十八胺为膜板和无膜时的现象一样，即界面没有成核，原因是界面层中不存在适合晶体生长的静电相互作用.4.2晶体面网的几何匹配根据晶体成核热力学理论和公式可知：（1）降低表面能垒或增加溶液饱和度都可以促进成核；（2）如果晶粒-基物表面之间相互作用所表示的净界面能比晶粒-溶液的界面能低，那么异相成核优先发生.在膜的诱导下晶体的生长机理发生改变，一方面，膜的存在使溶液表面成核物种浓度增大，膜与成核物种之间的分子识别导致膜亲水基团和成核物种之间的精确匹配.有机基质膜板的周期结构与晶体某一方向面网的周期晶格常数相适应时，降低了无机相异相成核的活化能，会诱导晶体沿该方向面网生长，从而使该面网的晶轴垂直膜板.一般认为，当有机基质通过分子识别选择性地与晶体某一方向面网相互匹配时，会阻塞其他生长位置，使晶体在垂直该面网方向的生长速度相对其他方向面网会大大减少或停止生长，从而使该面网相对稳定并体现在最终形态中.4.3空间立体化学结构互补所谓立体化学互补，要求有机-无机界面处的有机头基和晶体中的无机离子在配位体机构上即空间结构上达到互补，从而达到相互识别的效果.立体化学互补在有两个晶面竞争生长时，其作用更为突出.欧阳健明等研究了DPPC（dipalmitoylphosphatidylcholine，即二棕榈磷脂酰胆碱）单分子膜下草酸钙的取向生长，证实二者之间存在立体化学匹配时，草酸钙才会受控生长.总的来说，有机质对无机晶体结晶的控制作用常常是各种因素协同作用的结果［11］.另外局域化学控制也起一定的作用.在这几种作用中，静电相互作用必不可少，它对于界面电荷富集和双电荷层的形成起着关键的作用，同时晶格匹配和立体化学机构互补具有空间定位和空间约束的作用，控制成核过程和晶体生长等的立体化学专一的特征，因而使晶体的大小、形貌、结构都得到控制和调节.此外，分子识别时的协同作用还包括有机基质各功能基团的协同作用，识别时有机基质结构的改变，以及有机基质各功能基团之间的相互作用等，这几方面已经成为生物矿化研究的前沿.一般认为有机基质诱导生物矿化的驱动力是由有机-无机界面间的静电力、几何、结构和立体化学二元互补性决定.有机基质表面的作用主要是降低成核活化能，成核活化能的降低反映了有机-无机界面结构和立体化学互补性要求，而且从能量的角度上说明有机基质诱导下的晶体的生长符合能量最低原理，即在这样的环境条件下，特定晶形的出现是能量最低化的一种表现形式.这一点可以从经典的晶体成核理论得到很好的解释，更进一步说明了生物体对外界的协同性和适应性.5生物矿化研究的常用方法常用SAM（self-assemed monolayer,在钛表面通过乙烯基三乙氧基硅烷的分子自组织形成单分子层）、微囊、囊泡、胶束、反相胶束、微乳液、LB膜、单层分子膜、液晶等物质来作膜板，有机基质往往为表面活性剂，另外还有生物大分子和生物中的有机质，如磷脂、脂体、几丁质、胶原蛋白、胆固醇等有序分子膜为基质的仿生矿化模拟体系，可以在体外形成特殊的隔室来有效地模拟生物膜［12］.在这个特殊的隔室中，反应物可以富集、定位并被有机质诱导，同时隔室环境中的过饱和度、pH值、温度、抑制剂或促进剂等因素对成矿的影响相比于细胞膜体系变得简单.特别是将含O、N、S的亲水头基引入成膜物质后，极大地丰富了研究对象，这不仅为寻找促进或抑制生物矿化的有基质提供了更多的机会，也为在理论上进一步阐明基质诱导下的成矿机制创造了条件［13］.在众多方法中，由于LB膜简洁，便于操作，以及LB膜自身的特点，即膜的堆积模式和功能基团可以通过巧妙的选择表面活性剂任意修饰，以及LB膜结构更像半层生物膜.因此，可利用对简单表面活性剂分子所得规律，辅助以分子设计的手段制备出具有特殊功能基团的表面活性剂分子，从而导致具有应用价值的有机-无机和有机-超晶格的生成.这对晶体学、无机纳米材料、有机-无机复合材料和陶瓷材料的合成，以及生物矿化模拟研究都具有重要的意义和潜在的应用前景.目前，利用LB技术进行生物矿化的研究已经成为了国际研究的热点，并逐渐成为生物矿化中仿生合成的一种主要方法，而且尺度已到介观即亚微观水黄磊等:生物矿化研究现状和展望第4期319平［14］.电子显微镜、原子力显微镜、各类同步幅射光源显微成像技术和同步辐射X射线精细结构谱等前沿的纳米分析技术，已经逐渐介入生物成矿的研究领域，通过综合这些前沿技术各自的探测优势，可从各个侧面对生物成矿的微观和介观现象进行观测，从而更加全面地认识和理解生物成矿的过程和机理［15］.随着生物成矿机理认识的深入，对各类探测手段不仅提出更高的要求，还促使新的探测方法的建立和出现，如能够进行活体观测的环境SEM、能够实时观测无机物和生物活体相互作用的原子力显微镜的液体池技术、能够原位得到细胞三维空间信息的同步幅射相位成像技术等［16,17］.6生物矿化研究展望鉴于生物矿化的一系列优点和LB膜技术的仿生功能，国内外当前利用LB膜研究生物矿化中仿生合成的方向主要集中在两个方面：（1）系统研究LB膜诱导晶体生长机理，找出特殊规律以发展和完善晶体学.清华大学系统地研究了磷脂分子单分子膜与脂质体调节磷酸钙的生长规律；南京大学系统地研究了9-（十六烷亚氨）-4，5-二氮杂芴酮（hidg，98）单分子膜诱导五水硫酸铜的生物矿化机理；（2）利用LB膜诱导生成新型晶体材料.如利用脂肪酸单分子膜诱导KDP过饱和溶液取向结晶和外延生长的研究，单分子膜板分子识别KDP的（100）晶面，并诱导KDP取向生长,得到了具有优异光学性质的纳米晶体颗粒［18］.利用单分子膜诱导生成半导体纳米材料，是利用单分子膜中负载的成核粒子与适当的试剂发生化学反应，来生成纳米半导体材料.美国成功制备了CdS、ZnS、PbS、PbSe等半导体纳米材料.生物矿化的首要目的是建立解决生物矿化的理论问题，而真正的生物体不管是生物膜还是膜存在的生物环境都不是单一体系，基于此，国内外的科学家们从以下两个方面对生物矿化的机理进行研究.一方面，用混合膜作基质作膜板来诱导无机相的结晶，例如，用DPPC和PC的混合来诱导葡萄糖酶的结晶；另一方面，用混合膜基质作膜板来研究对混合无机溶液的诱导结晶.如，暨南大学的欧阳健明从膜控生物矿化的角度以PC（Polycarbonate，即聚碳酸酯）和合成配体所组装的有序分子膜为模拟体系对胆结石的成因进行了初步研究.但这方面的研究仍是非常有限的.在这些前沿性的研究课题里，有一些是以前曾经研究的课题，当时由于各种条件的限制而没有很好解决（如生物矿化的机理），现在由于科技的发达和实验手段的进步以及实验方法的改进,这些悬而未决的问题又成为研究的热点，这更加说明了生物矿化的复杂性和科学发展的一般规律性.因此需要在更接近生物体内环境的条件下，进一步研究生物大分子专一的调控作用以及协同调控作用，进一步研究基质中的生物矿化过程、细胞-矿物的相互作用，以阐明生物矿物的形成过程，为开发仿生材料和治疗异常矿化引起的疾病提供启示.参考文献：［1］崔福斋.生物矿化［M］.北京:清华大学出版社，2007.［2］欧阳健明.生物矿物及其矿化过程［J］.化学进展，2005，17（4）:749—756.［3］M 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phosphorite deposit is of shallow -sea facies;while the Qinglongshao phosphorite belongs tocontinental facies.Both of them are important phosphate ore mining bases in Anning,Yunnan Province,with high grade and big reserves.The goyazite ore bed and kaolin claystone unconformably overlap the Qinglongshao breccia phosphate,which is characterized by continental facies phosphorite,without the shallow -sea characters of primary sedimentary structure.The Baideng deposit contains two layers of commercial ore;while the Qilongshao deposit includes only one layer.Key words ：phosphorite;shallow -sea facies;continental facies;breccia phosphate;Baideng phosphorus deposit;Qinglongshao phosphorus deposit作者简介：贺瑾瑞（1984—），男，山西朔州人，昆明理工大学国土资源工程学院矿产普查与勘探2007级硕士研究生，主要研究方向成矿预测，通信地址云南昆明昆明理工大学（莲花校区）学生宿舍6栋412室，邮政编码650093，E -mail//hjrvip@（上接第320页）贺瑾瑞等:云南白登浅海相磷块岩与青龙哨陆相磷块岩的对比研究第4期297REVIEW OF THE RESEARCH ON BIOMINERALIZATIONHUANG Lei,YANG Yong -qiang,LI Jin -hong（State Key Laboratory of Geological Process and Mineral Resources ,China University of Geosciences ,Beijing 100083,China ）Abstract ：The process of biomineralization means that,in the participation of cells in the organism,inorganic elements precipitate on organic matter in a particular selective precipitation from the environment to form new minerals.The mineral crystallization is regulated by the organic matrix that the organism excretes,and then the organic matrix can induce the inorganic materials to crystallize and grow.The organic matrix within the organism body controls the nucleation,growth and accumulation for mineral crystal,in order to make the biominerals develop in special shape,orientation and alignment and show special functions.Nowadays,the biomineralization attracts the attention of chemistry,physics,biology and material science.This paper reviews the type,procedure and mechanism of biomineralization,as well as the common method and further prospects of the research.Key words ：biomineral;calcium carbonate;mechanism of biomineralization;process of biomineralization作者简介：黄磊（1983—），男，辽宁鞍山人，中国地质大学（北京）矿产资源专业在读硕士研究生，通信地址北京市海淀区29号中国地质大学地球科学与资源学院s0701-2信箱，E -mail//huangleicomcn@。