生物矿化 ppt课件
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生物矿化
三、仿生物矿化材料的设计与合成 过程仿生 结构仿生 功能仿生
2.矿化的模板（为塑造硬组织的矿化做准备） 3.金属离子的配合剂（提供成核的位点） 4.软组织与硬组织的连接物（由两种蛋白质完成） 5.矿化的促进剂和抑制剂
成核作用 抑制速度
§5.生物体内的矿化过程
生物体内大分子的预组织
界面分子识别
（确定无机物的成核位置）
（静电作用
结构对应
立体对应）
（对晶体的选择、晶型、取向、形貌有影响）
(2)基质囊泡矿化
• 在胚胎发育、软骨生长和骨折愈合等特殊的骨形 成期，发现细胞外基质中有基质囊泡存在于胶原 纤维之间。它们富含钙离子、磷酸根离子和碱性 磷酸酶，其分泌可能与细胞内的高尔基体有关。 对于基质囊泡在骨矿化中的作用有三种观点：一 是它本身不矿化，而只起调节周围环境中钙和磷 酸根离子浓度的作用，进而控制或影响胶原纤维 的矿化：二是基质囊泡内部有矿物沉积，泡膜破 裂后针状的矿物晶体释放到胶原纤维孔隙区；三 是基质囊泡本身充于胶原纤维矿化，然后附近的 纤维受其影响迅速矿化。与基质囊泡相联系的矿 物成分与胶原纤维内的相同，其形状主要有球状 的针形晶体聚集(透明软骨)和不规则形状(火鸡肌 腱)两种。
结石等
§3.生物矿物与生物矿化的特点
一、生物矿物的特点
1.硬组织在结构上是高度有序的 2.硬组织的矿物质在有机基质中形成而又包
括在基质中 3.硬组织的矿物质不只参与矿化—脱矿平
衡，而且也参与细胞活动 4.硬组织的矿物质是在整个生物体代谢过程
中形成的，而且参与代谢过程
二、生物矿化的特点 1.有特殊的反应介质（多糖、蛋白质等） 2.基质对矿化的指导作用 3.细胞、代谢的参与
• 骨铬中的胶原纤维为骨骼提供基质，在它的周围排 列着经磷灰石(hydroxyapatite)[磷酸钙聚合物 Ca10(PO4)6(OH)2]结晶。脊椎动物的皮肤含有编织 比较疏松，向各个方向伸展的胶原纤维。血管亦含 有胶原纤维。
生物矿化 PPT课件
超分子与组织
界面分子识别
外延生长
生长调制
超分子自组织―生物矿化进行的前提
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模板前提,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 环境组织的愈好,则它们的识别效果愈佳,形成的无机相愈稳定.
二、生物矿物和生物矿化
生物矿物
概念：生物体系特定条件下生成的矿物。
特点：不仅具有骨架支撑作用，而且还 具有重力传感作用（如耳石）、磁场传 感作用（如磁粒体）等特殊功能。
生物矿化
概念：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。
特点：有特殊的反应介质、基质 对矿物的指导作用、细胞代谢的 参与
六、生物矿化的主要研究方向
生物矿化的主要研究从以下几个方面展开了研究: (1)研究蛋白质、核酸等之间的相互作用和影响，以及大分子 的组装、催化与调节、蛋白质的折叠与结合对生物矿物的影响 等； (2)通过晶体学、晶体生长学、序列与拓扑学、生物物理学和 生物有机化学的理论,来建立生物矿化的理论模型和机制,进而 通过计算机模拟的方法来研究生物矿化的理论机制,为发展新 型功能材料提供理论支持和指导；
生长调制
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,分子构造的第三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.
外延生长
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.
3.7生物矿化
在生物体内形成无机矿物的过程。与一般矿化不同之处是 此过程中有生物体代谢、细胞、有机基质的参与。
生物矿化有两种形式。
① 一种是生物体代谢产物直接与细胞内、外阳离子形成矿物质，
控制 如某些藻类的细胞间文石（生物
矿化作用）。
→ （代谢产物直接参与
控制矿化）
① 另一种是代谢产物在细胞干预下，在胞外基质的指导下形成
23
图2(a) 是棱柱层横断面的SEM 照片, 棱柱的直径30～ 50微米, 厚度约200微米。 图2 (b) 是棱柱层表面的SEM 照片。
从图2 (a) (b) 可看出, 棱柱层为大小不一、形状有差别的六棱柱紧密排列组 成的, 棱柱的每个面都是由胶状物粘接在一起。不同蚌类的贝壳排列都是一样的, 仅叠片和棱柱的大小与厚度有差别。
酸
Ca dolomite
钙白云石
Ca(1-1.2)Mg(0.8-1)(CO3)2
海胆牙齿轴带、蓝细菌
盐
Huntite
碳钙镁石
Mg3Ca(CO3)4
人牙齿釉质前缘表面
Shortite
碳酸钠钙石
Na2Ca2(CO3)3
Prissonite
钙水碱
CaNa2(CO3)2·2H2O
鱼耳石
Gaylussite
斜那该石
贝壳有三层结构, 外层为角质层, 中层为棱 柱层, 内层为珍珠层。
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螺旋结构与物质运输
蚌壳生物矿化机制的研究包括:物质输运方式、形核机理、生长模式和晶体学排列四方面 内容。蚌壳珍珠层生长层的SEM 观察(图1) 表明:蚌壳珍珠层以多螺旋台阶锥模式进行生 长,且左螺旋和右螺旋共存。由于存在大量的台阶,这就为珍珠层文石板片的形核提供了有 利位置,从而在台阶上择优形核。在珍珠层生长层内存在大量孔径为1μm 左右的“隧道结 构”,显然这些内部隧道可作为珍珠层生长进行物质输运的通道,从而为内部文石板片的进 一步长大完善提供原料。:棱柱层以台阶锥模式进行生长,且整个处于生长中的台阶锥浸没 在供胶了体 原状 料物 。质中,该胶体状物随着棱柱层的生长逐渐被吸收,可见它直接为棱柱层的生长提16
3.8生物矿化
可以看到，生物矿化产物的结构具有以下特 点： • 结构复杂多样 • 不同层结构也不同，且非常规则 • 无机物普遍于有机物质结合在一起 • 结构生长非常巧妙
• 生物矿化是以少量有机大分子(蛋白质、糖 蛋白或多糖) 为模板,进行分子操作 （Molecular manipulation) , 高度有序地组 合成无机材料的过程。
棱柱层的多种形式
珍珠层的规则结构
不同贝壳的不同珍珠层结构
珍珠层与棱柱层的过渡带显微结构
图1 (a)是珍珠层横断面的SEM 照片, 其为叠片状结构, 每个叠片状的厚度 约为0.15微米, 长度约2微米, 排列得十分致密有序。图1 (b ) 是珍珠层表 面的SEM 照片, 为形状不规则的圆片。结合表面和断面的照片分析, 珍珠 层是由厚度约15Lm、直径约2Lm 的圆片叠在一起, 用胶质物胶粘的。
生 物 矿 床 成 因 分 类
生物矿化的机理
生物诱导矿化作用：由生物的新陈代谢活动，例如吸入氧气， 呼出二氧化碳，细胞壁的建立等，引起周围环境物理化学条 件变化而发生的生物矿化作用。这种生物矿化作用没有圈定 的局限空间，没有专门的细胞组织或者生物大分子引导。其 矿物的结晶过程与无机化学沉淀矿物类似，得到的晶体任意 取向，缺乏独特形态。
吉林大学徐如人等研究了DPPC 单分子膜 和花生酸 (AA) 单分子膜 诱导下KH2 PO4 (KDP) 晶体的取向 生长。KDP 晶体属于四角空间点群I 42 d , a= 0.74532! , c = 0.69742! ,计算机模拟的KDP 晶体 (100) 晶面如图6a 所示,在(100) 晶面上,最近两个K 离子间的距离d (K-K) = 0.416nm ,而DPPC 单分子 膜( 100) 面的头基间距离为0.1420nm , 可见, KDP(100) 晶面上的K-K间距离很好地与DPPC 单分 子膜的d (100) 距离匹配(图6b) 。因此,DPPC 单分 子膜可以在膜P水界面识别KDP 的(100) 晶面, 诱导 KDP 以(100) 面沿膜平面取向生长。AA 单分子膜的 d (100) 距离也是0.420nm ,因此AA 单分子膜同样与 KDP 的(100) 面上的K-K间距离(0.416nm) 很好地匹 配(图6c) 。
生物选矿ppt课件
；....
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6、什么是微生物技术 Microbiological Technology
（1）Definition one：利用微生物学基本概念、微生物基本特征或微生物资源（微生物有机 体），来解决实际问题的一般原理与工艺技术。
（2）Definition two：利用生物有机体或其组成部分发展新产品或新工艺。 （3）Definition three：操纵微生物的细胞或酶，进行生物合成、生物转化或生物降解，大
属回收和浸出剂再生等主要工序；
(3)难以处理碱性矿床和碳酸盐型矿床（Difficult to treat alkaline and carbonate deposits）。
微生物浸矿工艺之所以能受到人们的重视，关键在于能用来处理那些用常规矿物加工
方法无法处理或没有经济效益的矿产资源，尤其是对于那些特贫、特细或有用成分被 包裹的矿石，采用微生物处理技术已显示出无与伦比的独特优势。
；....
15
• 没有核膜、核仁； • 由脱氧核糖核酸（DNA）纤维组成； • 只有细菌染色体； • 似核结构一般呈球状、棒状或哑铃状，在分裂时还可能呈其他形状；
• 携带者细菌的全部遗传信息，功能是决定遗传性状和传递遗传性状，是重要的遗传物 质。
；....
16
细胞质膜的定义：位于细胞壁内侧的包围着细胞质的一层柔软而又富有弹性的半透性 薄膜。
；....
18
(4)如何描述细菌的培养特征？
• 在平板培养基上——菌落特征 • 在斜面培养基上——菌苔特征 • 在明胶培养基中——穿刺生长特征 • 细菌在半固体培养基中的培养特征 • 细菌在液体培养基中的培养特征
；....
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(5)Write out the composition of the cultural medium of Nocardia spp.
第五章 生物矿化
_ O C
Ca++ _ O O C
Ca++ _ O O C
Ca++ _ O O C O
Functional acidic macromolecules Framework: silk fibroin-like protein
/matscicdrom/manual/nu.html
Loxedes 胞内 Xenophyophores 胞内 Chara 耳石 植物/真菌 植物/真菌 叶/根 叶/根
水草酸钙石 Weddellite
CaC2O4.H2O CaC2O4.2H2O
动物为了在地球重力场中保持平衡，都有重力感应器官，其基本的结构如 上图：由感应细胞(R)组成空腔，空腔内存在自由的矿物颗粒。
在含可溶性淀粉的 溶液中生长出球文 石。
2. CaCO3晶体形核位置的控制 目标: 在固相基体表面的指定位置生长具 有特定取向的晶体。
Crystals
Substrate
方法: 在固体表面制备有机物自组装膜 SAMs (Self-Assembled Molecules).
例： Aizenberg 采用印模的方法获得晶体花样形(Patterned Crystal Nucleation)
第五章 生物矿化
§5.1 生物矿物的种类、形态和功能 §5.2 材料仿生制备 §5.3 材料的结构仿生
§5.1 生物矿物的种类、形态和功能
大约在5亿4千万年前，地球上的生物开始利用无 机矿物材料来强化自身，在体内制备碳酸钙、磷 酸钙、氧化硅等物质形成外壳或内骨架。经过几 千万年的不断进化（无机矿物材料制备经验的不 断积累），生物制备矿物的能力不断提高，同时 所制备矿物的应用领域也不断拓展：
生物矿化
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
环境组织的愈好,则它们的识别效果愈佳,形成的无机相愈稳定.
界面分子识别
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
通过计算机模拟的方法来研究生物矿化的理论机制,为发展新
型功能材料提供理论支持和指导；
(3)通过工程设计的途径和生物物理以及仿生合成的方法来
合成具有特种功能材料的晶体; (4)微生物矿化作用及其对环境和资源影响的研究,为环境和 资源的可持续发展提供一种思路,主要研究颗石藻、磁性细 菌和蓝细菌等的生物矿化作用及其对环境的相互作用; (5)对地质历史时期发生的生物矿化作用和生物骨骼的起源 以及反映与此相关的全球海洋古环境,尤其是化学环境的变
在结合的钙离子或 晶体上形成HAP结 晶，而且按胶原纤 维排成有序结构
磷酸钙的微晶 或钙离子与磷 蛋白结合
四、生物矿化的形式
根据途径分类：生物诱导矿化
生物控制矿化 根据生理分类：正常矿化
病理性矿化
生物诱导矿化
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。
1994年至今
1989-1994年
1981-1988年
生物矿化的作用机制和从 理论解释生物矿化这种现 象
1976-1980年
主要研究全球海洋化学环境变化历 史与生物矿化作用的关系 着重探讨生物矿化作用 概念和不同门类矿化作 用特点.
1976年以前
贝壳有机基质与生物矿化
上 锚蛋白的碱 质连到不溶的 性氨基酸侧链可与酸性蛋白的羧 基结合 由于酸性蛋白的酸性侧链 比锚蛋白的碱性侧链多 就存在多 余的未结合的离子化羧基 这些羧 基就能作为文石晶体沿几何轴线 锚蛋白 酸 生长的取向模板 性蛋白的复合物限制着有机模板 阻止有机结构在空间重新定向而 生成方解石 ∀ 可见 在矿化形成过 程中 有机大分子本身的结构是控 制特定晶核形成的关键 生物矿化 过程是生物大分子指导无机晶体 的晶核形成 ! 定向及生长的过程 是有机相 无机相 ! 无机相 无机 相界面分子识别的过程 ≈ ∀
≥ ≤ ∞ ≤ ∞ ≥ ≤ °∞
科学视野
贝壳有机基质与生物矿化
Τ ΗΕ Ο Ρ Γ ΑΝΙΧ ΜΑΤ ΡΙΞ ΟΦ ΜΟΛΛΥΣΧΑΝ Σ ΗΕΛΛ ΑΝ∆ ΙΤΣ Ρ ΕΛ2 Ε ς ΑΝΧΕ Τ Ο ΒΙΟ ΜΙΝΕ Ρ ΑΛΙΖ ΑΤΙΟΝ
姜国良
陈
丽
刘
云
青岛海洋大学生命学院 江苏省淮海工学院食品工程系
软体动物壳有机基质
软体动物壳千变万化 但它们 都含有相同的无机成分 ) ) ) 碳酸 钙 在碳酸钙无机质中分布着有机 基质和结构多样的色素 ∀ ≤ 2 年 首次用温和的去钙化 剂 ∞⁄× 将薪蛤 Μ ερ χεναρ ια µερ χε2 ναρ ια 壳去钙化 使壳中的有机基 质大分子部分或完整地保留下来 才使人们对有机基质有了较为彻 底的研究 ∀软体动物壳有机基质含 不同动物壳 量约为 ∗ 或同一动物壳在不同环境 ! 不同生 长期 ! 不同壳层 其有机基质均有 年从同一软体 差别 如 • 动物壳的方解石层和文石层中分 离得到了不同的多肽 ∀软体动物壳 有机基质由不同大分子组成 主要 为蛋白质和多糖 ∀蛋白质主要为可 溶性糖蛋白 ! 磷蛋白 ! 酸性蛋白质 和不溶性贝壳硬蛋白 糖类主要为 与蛋白质结合的硫酸多糖和 Β 几 丁质 在新沉淀的壳中 还存在少 量酚氧化酶 ≈ 等 ∀ 蛋白质的分子量 没有确定的范围 腹足类相对较 低 蛤类相对较高 ∀ 将软体动物壳 用酸或 ∞⁄× 等去矿化后 根据有 机基质的溶解性 将其分为两大
实验18-矿化期及矿化阶段PPT课件
章
.
37
黄铁矿的不同世代
章
.
38
辉锑矿的不同世代
章
.
39
定向乳浊状结构
章
.
40
六、矿物生成顺序表 1、概念：将野外、室内收集的有关矿床矿化 类型的及矿化演变特征等的实际资料，以 简明的图表方式表示即为矿物生成顺序表。 2、矿物生成顺序表的内容 ①矿化期、矿化阶段（如有可附测温资料）； ②主要矿物及其世代； ③各主要矿物含量及其生成顺序； ④主要矿石类型，矿石构造、结构，各矿化 阶段标型元素等。 3、矿物生成顺序表的编制实例（P161)
实验十八 矿化期及矿化阶段
一、实验目的要求
1、了解矿化期、矿化阶段的基本概念
2、掌握判断矿化期、矿化阶段的主要标志
二、矿化期（成矿期）：
1、基本概念：指发生矿化作用的地质成矿时期。代表
一个较长的成矿作用过程。
矿化期与矿化作用的关系密不可分，也就是说,矿
化期是根据成矿地质作用划分的。根据矿床学中讲
到的成矿作用，把矿化期划分为五大矿化期，它们
皮壳状）覆于其上，表明矿石经过两个矿
化期。
章
.
6
三、矿化阶段（成矿阶段） （1）基本概念：矿化期内次一级的成矿作用过程。与
矿化期相比，代表一个较短时间的矿化作用。 不同的矿化阶段反映了成矿地质条件和物理化学环 境有一定的差异，同时，各矿化阶段由较短的时间 间隔所分开。 同一个矿化期内可以有一个或几个矿化阶段。一个 矿化阶段形成的矿物属于一个共生组合。 （2）划分矿化阶段的标志 1、野外研究矿脉的产出特点 ①注意矿脉的穿插关系； ②注意矿脉的内部构造； ③注意矿体的控制因素及近矿围岩蚀变特点
网脉结构
细脉穿插结构
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黄铁矿的不同世代
章
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辉锑矿的不同世代
章
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定向乳浊状结构
章
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六、矿物生成顺序表 1、概念：将野外、室内收集的有关矿床矿化 类型的及矿化演变特征等的实际资料，以 简明的图表方式表示即为矿物生成顺序表。 2、矿物生成顺序表的内容 ①矿化期、矿化阶段（如有可附测温资料）； ②主要矿物及其世代； ③各主要矿物含量及其生成顺序； ④主要矿石类型，矿石构造、结构，各矿化 阶段标型元素等。 3、矿物生成顺序表的编制实例（P161)
实验十八 矿化期及矿化阶段
一、实验目的要求
1、了解矿化期、矿化阶段的基本概念
2、掌握判断矿化期、矿化阶段的主要标志
二、矿化期（成矿期）：
1、基本概念：指发生矿化作用的地质成矿时期。代表
一个较长的成矿作用过程。
矿化期与矿化作用的关系密不可分，也就是说,矿
化期是根据成矿地质作用划分的。根据矿床学中讲
到的成矿作用，把矿化期划分为五大矿化期，它们
皮壳状）覆于其上，表明矿石经过两个矿
化期。
章
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三、矿化阶段（成矿阶段） （1）基本概念：矿化期内次一级的成矿作用过程。与
矿化期相比，代表一个较短时间的矿化作用。 不同的矿化阶段反映了成矿地质条件和物理化学环 境有一定的差异，同时，各矿化阶段由较短的时间 间隔所分开。 同一个矿化期内可以有一个或几个矿化阶段。一个 矿化阶段形成的矿物属于一个共生组合。 （2）划分矿化阶段的标志 1、野外研究矿脉的产出特点 ①注意矿脉的穿插关系； ②注意矿脉的内部构造； ③注意矿体的控制因素及近矿围岩蚀变特点
网脉结构
细脉穿插结构
生物矿化
2.和一般矿化的区别
• 生物矿化作用区别于一般矿化作用的显著 特征是通过有机大分子和无机离子在界面 处的相互作用。从分子水平上控制无机矿 物相的结晶、生长，从而使生物矿物具有 特殊的分级结构和组装方式 。
3.生物矿化机理
• • • • 有机质的预组织—前提 界面分子识别---成核 生长调制---形成晶体 外延生长---修饰
• 方解石 鸟蛋壳、珊瑚、海绵刺 • 文石 软体动物外壳、贝壳、珍珠
（2）硅石类
• 自然界中藻类、鱼鳞、动物的骨骼、海绵 等许多生物体通过矿化可以得到硅石类生 物矿化材料，它们具有催化活性、分离、 粘附、存储等诸多重要性质。 • 海绵生物的骨针为层状二氧化硅结构，并 具有良好的光学和力学性能。
海绵动物
• 海绵动物多为群体，பைடு நூலகம்体较少。身体呈辐 射对称或不对称。群体的外形变化很大。 单体一般作角锥形、盘形、高脚杯形、球 形等。 • 大小变化由数毫米到2m之间。多数具有钙 质、硅质或角质骨骼。 • 海绵动物的骨骼有骨针（海绵针）、海绵 丝（骨丝）和非骨针型的矿物质三种。
在南极发现的针状 海绵动物
• (3)生长调制： • 无机矿物相生长过程中，晶体的形态、大 小、取向和结构受生物体有机质的调控， 并初步组装得到亚单元。该阶段通过化学 矢量调节赋予了生物矿化物质具有独特的 结构和形态。
• (4)外延生长： • 在细胞参与下，亚单元组装形成多级结构 的生物成因矿物。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的最后 修饰阶段。
由海绵动物组成 的礁石
（3）磷酸钙类
• 主要存在于动物牙齿中 • 例如，在老鼠的门牙的牙釉质中，高度有 序的磷酸钙棒状晶体沿长轴平行排列形成 晶体束，晶体束再平行排列形成釉柱，最 后釉柱平行排列形成牙釉质。在釉柱与釉 柱间以及晶体与晶体间充满着有机基质。 这种高度有序的组装使占质量95%的矿物 得以紧密堆积，从而显示出优良的力学性 质。
生物矿化法
生物矿化法哎呀，生物矿化法，这玩意儿听起来挺高大上的，其实吧，它就是大自然里的小秘密，跟我们平时看到的蜗牛、贝壳、珊瑚这些玩意儿都有关系。
你可能会想，这些小东西跟矿化有啥关系？别急，听我慢慢道来。
记得有一回，我去了海边，那是个阳光明媚的下午，我躺在沙滩上，看着海浪一波接一波地冲刷着岸边。
就在我旁边，有一堆被海水冲上来的贝壳。
我随手捡起一个，在阳光下仔细端详，那贝壳的纹路清晰可见，摸起来滑滑的，感觉就像是大自然精心雕刻的艺术品。
我突然想到，这贝壳不就是生物矿化的一个活生生的例子吗？你看，贝壳里的碳酸钙就是生物矿化的结果。
这些小家伙们，它们体内有一种特殊的蛋白质，能够吸引海水中的钙离子和碳酸根离子，然后慢慢地把它们结合在一起，形成坚硬的碳酸钙。
这个过程，就是生物矿化。
而且啊，这生物矿化的过程还挺神奇的，它不仅仅是形成贝壳那么简单。
你想想，那些珊瑚礁，它们是怎么形成的？不也是靠那些小小的珊瑚虫，通过生物矿化，一点点地积累起来的吗？这些珊瑚虫，它们分泌出一种叫做碳酸钙的物质，然后这些碳酸钙就慢慢地堆积起来，形成了我们看到的珊瑚礁。
说到这儿，我突然想起了一件事。
有一次，我在家里的鱼缸里养了一些水草和小鱼。
我发现，那些水草的根部，竟然也有一种类似生物矿化的现象。
那些水草的根部，会分泌出一些物质，这些物质能够吸引水中的矿物质，然后慢慢地在根部形成一层坚硬的外壳。
这层外壳，就像是给水草穿上了一层保护衣，让它们在水里更加稳固。
你看，生物矿化这种现象，其实就在我们身边，无处不在。
它不仅仅是自然界的一种现象，更是生命的一种智慧。
这些小小的生物，通过生物矿化，不仅能够保护自己，还能够创造出美丽的自然景观。
所以说，生物矿化法，它不仅仅是一个科学术语，更是大自然赋予我们的一种神奇的力量。
它让我们看到了生命的多样性和创造力，也让我们对这个世界充满了好奇和敬畏。
最后，我想说的是，下次你去海边，或者在鱼缸前发呆的时候，不妨留意一下那些小小的生物，它们可能正在用生物矿化的方式，悄悄地改变着这个世界呢。
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部分磷蛋白 与胶原蛋白 结合，部分
降解
在结合的钙离子或 晶体上形成HAP结 晶，而且按胶原纤 维排成有序结构
磷酸钙的微晶 或钙离子与磷
蛋白结合
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四、生物矿化的形式
根据途径分类：生物诱导矿化 生物控制矿化
根据生理分类：正常矿化 病理性矿化
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生物诱导矿化
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。
牙齿中的磷酸钙
主要存在于牙本 质（70%）和牙 釉质（97%）中。
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上图为牙釉质、牙本质和骨的主要理化性质和组分含量，由图 中可以看出，牙本质中的有机基质约占重量的20%，主要是胶 原蛋白和非胶原蛋白。牙本质磷蛋（DPP），牙本质涎蛋白 （DSP），骨桥蛋白（OPN），牙本质涎磷蛋白（DSPP），蛋 白多糖（PGs）和磷脂成分（PLs）非胶原蛋白约占10%。
受控过程
失控过程
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五、牙釉组织的生物矿化
牙釉的分级结构 牙中磷酸钙及其矿化过程
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牙釉的分级结构
矿物含量高达95%，最坚硬的部位。 牙釉的典型结构是由 称为釉柱和柱间釉质 的两种结构单元相互 交织构成的。
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牙中磷酸钙及其矿化过程
牙本质
牙骨质
牙齿 牙髓
牙釉质
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生长调制
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,分子构造的第三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.
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外延生长
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.
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以牙本质的矿化为例来说明生物矿化的阶段
在成牙质细胞层 的顶端分泌胶原 蛋白，成为牙本 质的前身
合成磷蛋白并直 接分泌在矿化前 沿的胶原蛋白层 上
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牙本质磷蛋白在牙本质矿化过程中起着双重调节晶体生长的作 用，它可促进磷酸钙晶体的成核，但在高浓度时，能够与正在 生长的HAp晶体结合，减缓HAp的生长速度。 牙本质涎蛋白的功能是参与生物矿化的启动或作为调节因子抑 制磷酸钙的形成和生长。 骨桥蛋白是磷酸化唾蛋白家族中的一员，它不具有组织特异性， 与牙本质涎蛋白一样可以抑制磷酸钙的形成和生长。 蛋白多糖和磷脂成分在牙本质中均出现在胶原表面，呈针状结 构，在前期牙本质中磷脂和蛋白多糖可能抑制晶体的形成，而 在牙本质中可吸附于胶原纤维表面，构造了有利于晶体形成的 微环境，并调节晶体的横向生长。
细菌中的磁性晶体 主要成分为磁铁矿
ppt课件
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生物矿物的特点
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
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
矿物质与有 机基质的相 互作用。
矿物质在整个 生物代谢过程 中形成，并参 与代谢过程.
生物矿化
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目录
生物矿化的研究史 生物矿物与生物矿化 生物矿化的四个阶段 生物矿化的形式 牙釉组织的生物矿化 生物矿化的主要研究方向
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一、生物矿化的研究史
至今生物骨骼起源与早期生物矿化作用也 愈来愈受到重视.其中,利用生物矿化的原 理进行仿生材料的合成一直贯穿所有阶段.
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界面分子识别
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 控制无机物的成核的部位,结晶物质的选择,晶形,取向及形貌 等.
着重探讨生物矿化作用
概念和不同门类矿化作
用特点.
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二、生物矿物和生物矿化
生物矿物
概念：生物体系特定条件下生成的矿物。
特点：不仅具有骨架支撑作用，而且还 具有重力传感作用（如耳石）、磁场传 感作用（如磁粒体）等特殊功能。
生物矿化
概念：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。
特点：有特殊的反应介质、基质 对矿物的指导作用、细胞代谢的 参与
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三、生物矿化的四个阶段
超分子与组织
界面分子识别
外延生长
生长调制
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超分子自组织―生物矿化进行的前提
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模板前提,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 环境组织的愈好,则它们的识别效果愈佳,形成的无机相愈稳定.
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几种天然生物矿化的产物
珊瑚 海洋生物珊瑚虫的分泌物，构成 珊瑚虫身体的支撑结构。主要成 分：方解石
贝壳 主要成分为碳酸钙，通常以文 石和方解石形式存在。
珍珠 由文石晶体和有机物组成
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骨骼 由无机矿物和生物大分子规则排 列所组成的复合材料
牙齿 由牙釉质、牙本质、牙骨质组成。 主要成分为碳酸钙
细胞外生物诱导矿化形成的硅酸铁示意图 （A）
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生物控制矿化
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。
细胞内生物控制矿化形成磁铁矿的示意图（B）
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正常矿化和ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ理矿化
正常矿化
病理矿化
矿化在一定部位进行， 矿化发生在不应形成矿 并按一定的组成，结构，化的部位，或者矿化不 程度完成。如：骨骼， 足或过度。如：结石， 牙齿，贝壳等的形成。 牙石等的形成。
1994年至今
主要研究生物矿化作用节律对环 境的指示,特别是软体动物生长 速率,化学元素和微细结构与环 境再造和污染监视等
1989-1994年
1981-1988年
生物矿化的作用机制和从 理论解释生物矿化这种现 象
1976-1980年
主要研究全球海洋化学环境变化历 史与生物矿化作用的关系
1976年以前