《生物磷灰石的組成、微結構和礦化機制研究》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：生物磷灰石的組成、微結構和礦化機制研究
- 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
自然界生物礦化是一種普遍現象。許多活的生物都能產生礦物。生物磷灰石是一類與人類生命活動和健康息息相關的生物礦物。由於生物的多樣性和功能的複雜性，這就決定不同生物物種和不同組織器官來源的生物磷灰石晶體大小、形貌、礦物晶體組裝超結構等礦物學特性和礦化機制的複雜性和多樣性。本項目試圖通過對淡水中華鱉的背甲和腹甲礦化組織中生物磷灰石礦物組成、晶體微結構、納米磷灰石與生物有機質的空間取向關係和礦化相關大分子的組成和結構分析表征，結合與生物磷灰石礦化相關的生物大分子等對生物磷灰石成核、生長和形貌以及組裝結構的影響仿生研究，揭示這類生物磷灰石的礦物學特徵及其生物礦化的微觀機制。成果的取得有助於加深對生物磷灰石礦物學特徵的了解，豐富和發展生物礦化理論，拓展生物礦化理論在礦物學、古生物學、生物學和醫學工程以及仿生材料學等領域的套用範圍。
結題摘要
羥基磷灰石是生物硬組織的重要無機組元，並且通常以一種非化學計量比，離子替代和鈣離子不足的羥基磷灰石(通常稱其為生物磷灰石，biological apatite)的形式存在於哺乳動物的骨骼、牙齒、腱和鹿角中。因此，涉及羥基磷灰石的生物礦化作用已經受到包括地球科學在內的諸多學科的廣泛關注。本項目通過仿生礦化的實驗方法，控制合成不同組成和結構的羥基磷灰石，並結合現代礦物學、結晶學和納米科學和技術的分析手段，研究不同礦化溶液物理化學環境對羥基磷灰石的礦化過程、組成和結構的影響，進而探討生物羥基磷灰石的礦化機制。取得的主要成果有：(1) 在沒有任何生物/有機分子存在和在接近生物礦化的條件下，通過改變礦化溶液中磷酸根和鈣離子濃度，仿生合成羥基磷灰石礦物。實驗結果顯示，在鈣離子濃度保持不變的情況下，增加磷酸根離子濃度導致了多種不同複雜多級結構的羥基磷灰石礦物的形成，依次為由片狀羥基磷灰石穿插而成的多孔花狀微球、針狀羥基磷灰石構成的中空刺果狀微球以及納米棒狀羥基磷灰石亞單元組裝而成的棒束狀-花生狀-啞鈴狀-球形等多種微晶結構；然而，當磷酸根離子濃度保持不變的情況下，增加鈣離子濃度只能得到羥基磷灰石多孔花狀球。此外，對於所有不同濃度的磷酸根，一系列時間過程實驗揭示起始礦化的產物沉澱均是非晶磷酸鈣，並且所有不同形貌和組裝結構的羥基磷灰石的形成都經歷起始非晶磷酸鈣的溶解和羥基磷灰石的結晶和自組裝過程。與生物礦物特定形貌形成受生物/有機分子控制的普遍共識不同，我們結果顯示，磷酸根也可能在生物磷灰石獨特形貌形成過程起至關重要作用。因此，在生物羥基磷灰石礦化過程，生物基因和物理化學因素可能協同影響不尋常形貌和多級結構羥基磷灰石的形成。成果豐富和發展了生物礦化理論；(2) 以聚天冬氨酸為礦化調節劑，在水溶液體系中成功地合成了羥基磷灰石多級中空微球。時間序列實驗顯示，起始非晶磷酸鈣實心球的溶解和繼後羥基磷灰石在非晶球表面的再結晶以及奧斯特瓦爾德熟化過程導致了由納米棒狀羥基磷灰石構築而成的空心結構的形成。這種多級中空羥基磷灰石對重金屬Pb2+具有獨特的選擇性吸附能力。
