《高鎂含量方解石的生物礦化及仿生礦化研究》是依託北京大學，由馬玉榮擔任負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：高鎂含量方解石的生物礦化及仿生礦化研究
- 項目負責人：馬玉榮
- 項目類別：青年科學基金項目
- 依託單位：北京大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
生物體系常常能合成結構複雜且性能優異的生物礦物，而對這一類具有優異機械性能的生物礦物的礦化機理、結構與性能關係的研究對材料設計和合成也有著重要指導意義。高Mg含量方解石是自然界內很普遍的一類生物礦物，但對於其礦化機理和仿生合成方面仍存在很大研究空白。本項目擬以高Mg含量方解石作為主要研究對象，著重研究海膽牙齒和珊瑚藻兩個體系的生物礦化機理、海膽牙齒的結構與性能的關係、珊瑚藻中有機組分對於高Mg含量方解石的形成過程的影響。同時利用生物礦化機理進行仿生材料合成的研究：利用生物分子及合成的有機分子進行高Mg含量方解石的仿生合成；借鑑海膽牙齒中有序排列的單晶結構的礦化機理，開展按一定方向取向生長的含鎂的方解石單晶的仿生合成。通過本項目的研究，把生物礦化和仿生材料合成結合起來，將闡明生物礦物海膽牙齒和珊瑚藻中高Mg含量方解石的生物礦化機理，並實現具有優異機械性能的高Mg含量方解石的仿生合成。
結題摘要
高Mg含量的方解石是自然界內很普遍的一類生物礦物，但對於其礦化機理和仿生合成方面仍存在很大研究空白。本項目擬以高Mg含量的方解石作為研究內容，2010年1月到2012年3月，申請人的主要研究成果有以下5點：(1)研究了溫和條件下高鎂方解石的合成及其對生物礦化過程的啟示，探討了聚合物對穩定無定形態碳酸鈣及對控制高鎂方解石的形成速率的影響，發現聚合物PAA具有穩定無定形態碳酸鈣的作用，而葡聚糖具有抑制文石形成的作用，這兩種聚合物的複合作用下可以得以成功實現高鎂含量方解石的形成(Crystal Growth Des. 2011, 11, 2866)；(2) 研究了顯微紅外光譜在解析生物體內的含鎂方解石及實驗室內合成的含鎂方解石中的套用，我們發現海膽牙齒的工作端中的岩石區和片狀區都含有無定形態碳酸鈣，而顯微紅外是研究含鎂方解石這一具有微觀不均勻結構的有效方法。（Phys. Chem. Chem. Phys., 2012，14, 2255）。(3)作為探索性工作，我們研究了碳酸鈣的另外一種晶型即文石晶型的翼足目浮游生物超薄礦化外殼的特殊微觀結構與其機械性能之間的關係。與海膽牙齒相近，翼足目礦化外殼也是由晶體取向性非常好的多級有序結構組成。我們主要通過兩種方法詳細證明了外殼中特殊的文石螺旋纖維密堆積結構的存在，納米壓印實驗證明翼足目外殼具有各向異性的機械性能，這可能與其特殊的螺旋結構相關，這種新型的材料構建方式對於人工超薄材料的合成具有重要啟發意義（Angew. Chem. Int. Ed., 2011, 50, 10361）。(4) 受生物礦物中一維方解石單晶結構的啟發，我們通過兩種方法製備了方解石一維單晶結構，包括自下而上的外延生長法和自上而下的溶解法，通過外延生長法製備出的一維方解石單晶結構的長軸方向垂直於(104)晶面；而通過溶解法製備出的方解石一維陣列結構的長軸方向與[001]方向平行。（該工作正在整理中） (5) 我們利用生物模板法製備了金納米粒子-細菌纖維素一維複合結構，發現該有機無機納米複合物在生物感測方面有很好的套用價值（Adv. Funct. Mater., 2010, 20, 1152）。在過去3年的時間裡，申請人以通訊作者身份發表研究論文6篇，其中影響因子大於3的有4篇，影響因子大於8的有2篇，還有多篇工作正在整理中。
