生物矿化开题报告

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1、研究现状1.关于有机质添加剂为模板来控制碳酸钙粒子的成核和生长研究：　1.1可溶性的小分子、离子以及颗粒作为可溶性模板Meldrum和Hyde认为Mg2+，能够对CaCO3或CaCO3/MgCO3复合物的形貌产生显著地影响。不同醇类对碳酸钙形貌影响很大[1]在乙醇、乙二醇、丙三醇中分别得到了花状、立方形和球体等不同形貌，丙三醇对晶体的进一步生长有阻碍作用，可得到粒径较小的微粒。在乙醇和丙三醇中均得到方解石和球霰石的混合晶型，乙二醇中呈现单一的方解石型晶体。1.2生物高分子聚合物作为可溶性的模板生物高分子HMPC(羟丙基甲基纤维素)的高分子链在饱和碳酸钙水溶液中的构象逐渐发生卷曲。研究表明，

2、碳酸钙的晶型与其所处的能量状态有关，线型构象等能量较低的体系所诱导的碳酸钙晶体多为热力学稳定的方解石型，当诱导体系处于能量较高的状态时，所诱导的晶体多为球霰石型。而当HPMC的分子链处于半球构象时，其能量较高，最终诱导产生了球霰石型的碳酸钙球体[2]1.3人工合成的高聚物作为可溶性的模板双亲水基嵌段共聚物(DHBCs)采用DHBC进行CaCO3的可控合成和结晶已经被广泛的研究，Choi和Kim等人发现了多肽的二级结构对形貌的修饰，且球霰石和方解石之间的晶相转变与其变性反向平行的β片状二级构象有关。郭晓辉等研究在多肽型DHBC聚乙烯基乙二醇-聚L谷氨酸(PEG-b-pGlu)与选择性溶剂N，

3、N-二甲基甲酰胺(DMF)/去离子水(DIW)二元合溶剂协同作用的控制下，得到了具有良好单分散性球霰石相CaCO3微球。DHBC在空气/水的界面处形成的CaCO3已有研究，Yun-XiangGao研究得到在PEG-b-PEI模板作用下，在溶液底部形成多层菱面体结构，在空气/水的界面处形成多层树枝状结构。星形的树枝状聚合物作为模板能够得到球形的、尺寸在(2.3–5.5)nm范围内的球霰石，而且能够使这些球霰石稳定存在超过一个星期。表面活性剂与树枝状聚合物结合:CTAB与被碟状的球霰石CaCO3包裹着的菱面体形的方解石CaCO3；SDS(十二烷基硫酸钠)与树枝状聚合物相结合形成了多分散性的球状

4、聚集体，主要是由大部分的有机成分与少量的方解石CaCO3所组成。采用合成的聚乙二醇-超支化聚酯(PEG-hb-DMPA)的线性-超支化杂化二嵌段共聚物，探讨羧端基树状功能化的杂化嵌段共聚物对CaCO3结晶的影响，表明羧端基的双亲水性嵌段共聚物对CaCO3结晶形貌乃至晶型均具有显著调控作用，比较高的浓度(1.67g•L-1，>10min)或较低浓度作用较长时间(0.33g•L-1，24h)均得到了呈较均匀球粒形态的球霰石CaCO3结晶。在动态条件下以葡聚糖为模板，采用仿生的方法控制合成了具有独特形貌并含有少量葡聚糖的碳酸钙复合材料，所得CaCO3为文石晶型，外貌类似菜叶。进一步的研究发现，在

5、CaCO3结晶过程中葡聚糖与CaCO3之间存在超分子相互作用。以淀粉为有机基质，气相扩散法仿生合成碳酸钙晶体，结果显示，淀粉的浓度对碳酸钙的形貌有重要的影响，但对碳酸钙的晶型没有影响。2.关于碳酸钙矿化的过程研究在生物矿化中晶体的形成可以分为4个阶段。2.1有机基质的预组织（超分子预组织）在矿物沉积前构造一个有组织的反应环境，该环境决定了无机物成核的位置。有机基质的预组织原则是指有机基质与无机相在分子识别之前将识别无机物的环境组织得愈好，则它们的识别效果愈佳，形成的无机相愈稳定。该阶段是生物矿化进行的前提有机基质的预组装是生物矿化的前提也是有机模板形成的基础，只有那些与晶体结构匹配的预组装

6、才能发挥控制矿物质点形态大小、空间结构排列、调控结晶形态的作用。。2.2界面分子识别Fischer在解释酶作用的专一性时，曾提出著名的“密匙学说”，其主要观点在于底物与酶的活性中心结构上的严格互补关系，这是最初的关于生物体有机物特性作用在空间结构匹配上的假说。Mann[3]提出界面有组织化的观点，他认为生物矿化存在着不同层次的控制作用，而生物矿化发生在一个个隔室中，隔室内的各种物理化学参数以及系统外环境的生化反应过程控制的矿化离子、分子向隔室内的运输。虽然生物体内有机基质的作用机理至今没有完全弄清，但生物体利用有机界面作为模板调控无机晶体的成核和生长已被普遍认同[4]。分子识别过程可引起体

7、系电学、光学性质及构象的变化，也可引起化学性质的变化，这些变化意味着化学信息的存储、传递及处理［7］。在已形成的有机基质组装体（底物）的控制下，无机物（受体）从溶液中在有机／无机界面成核。其中的分子识别表现为有机基质分子在界面处通过晶格几何特征、静电电势相互作用、极性、立体化学互补、氢键相互作用、空间对称性和形貌等方面影响和控制无机物成核的部位、结晶物质的选择、晶形、取向及形貌等。可见，分子识别不仅仅是空间立体结构的识别