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。
（4）铁矿物类
• 候鸟、鱼类和海龟等生物体中含铁矿物（ 如磁铁矿），因此能利用地磁场定向导航 和游移。趋磁细菌中有序排列单磁畴大小 的氧化铁同样可作为流动识别方向之用 • 细菌中磁铁纳米颗粒是在一种脂质双层膜 围成的囊泡中矿化的
• 生物矿化是一个复杂的动态的过程，受到 生物有机质、晶体自身生长机制，以及外 界环境等各方面的综合调控作用。 • 生物矿化的产物=硬组织=矿化组织(骨、牙) =矿物质+有机基质 羟基磷灰石 （多糖、蛋白等） 胶原蛋白
（1）碳酸钙类
• 碳酸钙是生物体内最最广泛的矿物 • 例如贝壳的珍珠层，其组成95%以上为易 碎的陶瓷碳酸钙，断裂韧性却比单相碳酸 钙高1000~3000倍，另外5%是一种高柔韧 性的有机基质。这种高硬度和优异韧性归 因于细胞分泌的有机基质与无机晶体间复 杂的相互作用而形成的高级的“砖泥自组 装”结构形式。
生物矿化
生物矿化
1. 生物矿化
2.和一般矿化的区别 3. 生物矿化机理 4. 常见生物矿化材料
1.什么是生物矿化
• 自然界形形色色的生命活动常常会在有机 生命体内或体外形成一些无机矿物，这种 现象是生物矿化的结果 • 生物矿化是指，在生命活动中生物有机体 精确控制或其代谢产物诱导下无机物质分 离、迁移、富集与转化的过程 • 普遍存在于从低等微生物到高等生物的各 种形式的生命活动中
• 可以看出，和结晶有类似的地方
• (1)有机质的预组织： • 生物体内不溶有机质在矿物沉积前构造一 个有组织的微反应环境，该环境决定了无 机物成核的位置和形成矿物的功能。该阶 段是生物矿化进行的前提。
• (2)界面分子识别： • 在已形成的有机大分子组装体的控制下， 无机物在溶液中通过静电力作用、螯合作 用、氢键、范德华力等作用在有机-无机界 面处成核。分子识别是一种具有专一性功 能的过程，它控制着晶体的成核、生长和 聚集。