《富鎂生物成因碳酸鈣鎂離子礦化機制的仿生實驗研究》是依託中國科學技術大學，由周根陶擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：富鎂生物成因碳酸鈣鎂離子礦化機制的仿生實驗研究
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：周根陶
- 依託單位：中國科學技術大學
中文摘要,結題摘要,
中文摘要
碳酸鈣是自然界最普遍的礦物之一，並且也是最豐富的生物成因礦物，其生物礦化作用深刻影響著全球範圍內碳、氧等重要元素的生物地球化學循環。本項目試圖綜合納米科學和技術、化學、生物學、礦物學和微量元素地球化學等多學科研究方法和手段，採用仿生礦化的實驗方法，模擬生物含鎂文石及高鎂方解石礦化。系統研究含鎂文石和高鎂方解石中鎂離子與礦化溶液中礦化相關的生物/有機分子之間相關性；同時，研究溶液環境下富鎂非晶碳酸鈣向文石、方解石以及含鎂文石向方解石的同質多像轉變過程中次生礦物中鎂的變化，確定不同礦化介質對次生礦物中鎂配分的影響；揭示生物含鎂文石和高鎂方解石的成因機制，建立系統生物礦化模型體系。成果的取得有助於更深入了解生物文石和高鎂方解石中鎂離子的來源，豐富和發展生物礦化理論,拓展生物礦物在地球化學、古生物學以及環境等領域的套用範圍。
結題摘要
生物礦化是自然界中的普遍現象。目前普遍認為生物或有機分子影響了生物礦物變體選擇、獨特形貌形成及其中微量元素分布。然而，迄今為止，有關生物礦化過程中有機大分子調控作用的許多問題仍未解決。本項目採用仿生礦化的實驗方法，研究了模型生物/有機分子和鎂離子對碳酸鈣礦物組成、結構、形貌及組裝結構等礦物學特徵的影響，揭示生物碳酸鈣礦化機制。取得的主要成果包括：(1) 以富含醚氧基的F68作為模型礦化調節劑，通過仿生礦化的實驗方法揭示，生物方解石獨特形貌和組裝超結構的形成不僅受生物礦化相關的生物大分子中特定官能團而且受其分子構象結構的調控；(2) 以富含羧基的檸檬酸鈉和含磺酸基的十二烷基苯磺酸鈉作為礦化調節劑模擬生物球霰石礦化相關的生物/有機分子中特定官能團，仿生實驗結果揭示，在模型礦化調節劑存在下，高度有序的六角柱狀球霰石介晶不僅總是被獲得，而且這種結構與生物球霰石結構非常類似，由此提出生物球霰石獨特形貌結構的形成可能是由於生物體中生物/有機分子中多種官能團協同作用的結果；(3) 以多羧基的聚天冬氨酸(PASP)和鎂離子為礦化調節劑，研究PASP調控的鎂非晶碳酸鈣(PASP-Mg-ACC)在不同介質下的相轉化過程。結果顯示，次生礦物的相組成不僅依賴於前軀體中的鎂離子含量，而且也依賴其短程有序結構，並且只有含鎂量達24.71mol%的PASP-Mg-ACC轉化為CaCO3H2O；(4) 為了探討生物文石中鎂的礦化機制，以海藻酸鈉和羧化殼聚糖作為模型礦化調節劑，研究模型分子存在下文石中鎂含量的變化。仿生實驗結果顯示，文石中的鎂含量隨礦化溶液中有機質和鎂離子濃度、Mg/Ca以及溫度的升高而增加，並且文石中有機質與鎂呈正相關關係，但在未添加有機質時，文石中幾乎未檢出鎂離子。Mg K-edge NEXAFS分析結果顯示文石中鎂的微環境最相似於有機型的。這些揭示生物文石中的鎂可能與有機質相伴生，而不是以晶格替代或非晶鎂碳酸鹽及氫氧化物形式存在於文石晶體中。這可能加深對含鎂生物文石礦物學特徵的了解。項目取得的系列成果豐富和發展生物礦化理論。
