《生物二氧化矽形成機制的仿生礦化研究》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：生物二氧化矽形成機制的仿生礦化研究
- 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
生物礦物以其獨特的礦物學組成、結構、形貌和同位素組成與非生物成因礦物有著明顯的區別，因此被作為生物標誌物示蹤地質圈中微生物生態系統的演化和尋找地外生命信息。生物二氧化矽是僅次於生物碳酸鈣的第二大類生物礦物；生物矽化作用深刻影響著全球範圍內碳、矽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、生物、化學和礦物學等多學科研究方法和手段，通過仿生礦化方法，研究膜脂存在下的聚胺、多糖、多肽以及多價陰離子等對二氧化矽組成、表面微結構、形貌和組裝超結構等的影響；同時開展矽化緊密相關大分子參與的二氧化矽在不同溶液物理化學條件下的組裝、熟化等過程的研究；從分子水平揭示生物二氧化矽形成機制。成果的取得，必將加深對生物矽化作用的了解，豐富和發展生物礦化理論，拓展生物礦物在古生物學、生物醫學工程和仿生材料等學科領域的套用範圍；同時，有助於從機制上把全球矽、碳等元素的生物地球化學循環聯繫起來。
結題摘要
生物成因的二氧化矽是僅次於生物成因碳酸鹽礦物的第二類最豐富的生物成因礦物。了解生物礦化過程，首先需要清楚地探明其基本的細胞和分子生物學過程，特別是了解與生物礦化作用相關的生物或有機分子的礦化功能。本項目採用仿生礦化的實驗方法，以正矽酸四乙酯為矽源，以磷脂和十二胺等多種具有不同官能團的生物或有機分子為模型的礦化調節劑，研究這些模型礦化調節劑對二氧化矽矽化、組成、形貌和組裝結構等的影響，從分子水平揭示生物矽化機制，系列成果豐富和發展了生物礦化理論。具體成果包括：(1)首次提出硅藻殼面發育早期階段的拉長和局部膨大的矽質結構的形成可能是生物通過調節脂類物質的濃度來實現；(2)首次提出脂類和有機胺等有機組元的相分離過程不僅控制了生物二氧化矽的多級多孔圖案的產生，而且也可能負責矽質結構在特定方向上的分異生長；(3)為了深入了解生物二氧化矽篩板結構礦化機制，特別的選擇陰離子型表面活性劑十二烷基硫酸鈉和陽離子表面活性劑十六烷基三甲基溴化銨分別模擬正電性的多肽natSil-1A和負電性的多肽natSil-2，控制形成複合模板；以同時具有羧基和羥基的L-酒石酸模擬natSil-2結構中的羧基和羥基，仿生合成二氧化矽。實驗結果顯示，在陰、陽離子型表面活性劑複合模板和L-酒石酸調節劑存在下，一種類似生物硅藻殼面的二維二氧化矽篩板結構被成功地合成。實驗結果加深了對硅藻殼面大孔多孔二氧化矽篩板成因機制的了解；(4) 通過具有不同官能團的有機分子(酒石酸鈉、NaSCN和SDBS)的選擇，仿生合成了具有穿透孔結構的二氧化矽帶。實驗結果顯示，預先沉澱的針狀酒石酸鈉晶體充當了具有穿透孔結構的二氧化矽帶的沉積硬模板，而溶液中極性分子NaSCN的加入有利於SDBS在酒石酸鹽模板上的吸附，導致了二氧化矽納米顆粒以鬆散的方式聚集和沉積在模板上，並最終形成具有穿透孔結構的二氧化矽帶。因此，矽化環境如溶液的極性對多孔生物二氧化矽結構的形成可能也會產生重要的影響。
