生物矿物及其矿化过程

生物体内有机基质指导矿物晶体的成核、生长和聚集,使得生物矿物具有特定的形貌、取向和组装方式,从而产生特殊的功能.本文从有机基质与矿物的晶格匹配、立体化学互补和空间定位、静电作用和电荷匹配,以及分子间弱相互作用力等方面综述了生物矿化过程中所涉及的机理,并讨论了生物矿物的分布和特性、生物矿化过程中的有机基质、生物矿化的过程和类型.     

高分子基质作用下碳酸钙的仿生合成

依据生物矿化的基本原理,在动态条件下,通过仿生合成的方法,以三种高聚物：聚乙三醇、聚乙烯醇、羟乙基纤维作为有机基质,分别合成了高聚物含量不同的三种CaCO~3/高聚物复合材料,这些无机/有机复合材料与生物体内经过生物矿化作用所形成的生物矿物颇为相似,具有独特的微观结构形态和一定的取向,这些结果对于具有生物相容性和优异性能的碳酸钙功能的合成具有一守的指导意义。     

凝胶介质中仿生矿化过程的研究*

本文综述了凝胶介质中仿生矿化过程的研究进展。仿生矿化是当前化学、生物学和材料科学的研究前沿和热点。近年来,越来越多的生物学证据表明：生物体中的蛋白质和多糖等生物大分子,往往通过超分子组装形成凝胶状基质网络,进而对生物矿化过程施加影响。因此,凝胶介质中的仿生矿化研究对深入了解生物矿化机理,以及从理论上指导先进功能材料的设计和合成具有重要意义。迄今为止,研究人员已经对天然和合成高分子凝胶、超分子水凝胶和无机凝胶等多种凝胶介质中的仿生矿化过程进行了研究。结果表明：凝胶介质主要通过其三维网络结构限制反应离子在其内部的扩散速率,并掺杂到无机矿物的晶体结构中,从而影响生成晶体的形貌和构造。而且在有机基质(如水溶性有机高分子和自组装单层等)的协同作用下,凝胶介质中的仿生矿化过程也呈现出与水溶液中不同的特点。此外,本文还介绍了当前对凝胶介质中矿物形貌的调控和矿化机理的几种不同观点,并对该领域未来的研究和应用进行了展望。     

无机材料的仿生合成

生物矿化重要的特征之一是细胞分泌的有机基质调制无机矿物的成核和生长, 形成具有特殊组装方式和多级结构特点的生物矿化材料(如骨、牙和贝壳)。仿生合成就是将生物矿化的机理引入无机材料合成, 以有机物的组装体为模板, 去控制无机物的形成,制备具有独特显微结构特点的无机材料, 使材料具有优异的物理和化学性能。仿生合成已成为无机材料化学的研究前沿。本文综述了无机材料仿生合成的发展现状。     

仿生矿化增强材料

近年来,随着材料科学领域的发展,机械性能优异且具有特定功能的有机-无机复合材料成为了研究热点。而天然的生物矿化过程产生了在自然界中分布广泛、结构特征多样性、机械性能优异的天然生物矿物,比如牙齿、骨骼、珍珠、贝壳、海胆刺、海洋红虫颚等。这些天然复合增强材料中的矿化组织结构特点和矿化机理为仿生设计与合成具有特定结构、特定功能和优异机械性能的材料提供了理论依据。通过模拟天然过程的仿生矿化方法,利用有机基质调控无机矿物成核生长为固态矿物,最终能够定向组装具有特定有序结构和先进功能的有机-无机复合材料。本文主要综述了自然界中通过生物矿化过程得到的高强度、高韧性的天然复合增强材料,以及受生物矿化增强现象的启发,在化学与材料仿生矿化合成中出现的一些有机-无机复合的增强材料。     

高分子基质作用下多孔碳酸钙的仿生合成

依据生物矿化的基本原理,通过仿生合成的方法,以聚丙烯酰胺作为基质合成了一种有机、无机复合的多孔碳酸钙材料.用X射线粉末衍射(XRD)分析、扫描电子显微镜(SEM)、傅里叶变换红外吸收光谱(FT-IR)和电导率测定等手段对所得复合碳酸钙进行了表征,结果发现该多孔CaCO3晶体为方解石型,并且在结晶过程中,聚丙烯酰胺与CaCO3之间存在着相互作用,本文讨论了这种作用的可能机理.     

生物矿化:无机化学和生物医学间的桥梁之一

生物矿化是生物体制造生物矿物的过程。在自然界中,生物矿物是在有机基质控制下可控有序组装而成的,这就决定了它不同于实验室中合成的普通矿物。单细胞矿化以及生理和病理性矿化,对于人们开展硬组织生物学研究以及生物材料设计合成具有很好的借鉴和启发意义。作为骨骼、牙齿的基本构筑单元,以及其良好的生物相容性和优异的骨牙整合性,磷酸钙纳米颗粒在生物矿物的组装方面和生物硬组织修复、组织工程等方面扮演着重要的角色。另外,受单细胞生物矿化启发的细胞(或病毒)壳化,可以赋予细胞(或病毒)更好的抗逆境能力。本文综述了生物矿化,尤其是单细胞矿化和生理、病理性矿化对生物医学的启示。结合近年来国内外相关研究进展,我们从骨、牙组织修复,细胞(病毒)壳化两个方面分别阐述了生物矿化作为无机化学和生物医学的桥梁作用。深入研究生物矿化的机理以及基于生物矿化的材料合成,对于生理性矿化的仿生修复、病理性矿化的预防治疗以及细胞界面工程等方面都具有重要的启发和实践意义。     

生物矿化、仿生合成与形貌调控

介绍了生物矿化材料的种类、结构、特点、形貌调控原则以及基于微生物、蛋白质、多肽、氨基酸和核酸等晶体调节剂的生物矿化材料的合成,总结了近年来生物矿化和彷生合成领域的研究进展.     

蛋壳中的化学

在了解蛋壳的形成机理和理化性质之前,很有必要谈谈什么是生物矿化.所谓的生物矿化,是指在生物体内生成矿物的过程,即在生物体的特定部位,在一定的物理、化学条件下和有机基质的诱导下,生物体将无机物与有机基质通过自组装形成具有生物功能的特殊材料的过程,是一个高度受控的生命过程,也是动物体内一种特有的生理过程,如骨骼的发育、牙齿的生长等.     

生理盐水中牛血清白蛋白与碳酸钙的相互作用研究

珍珠、贝壳和甲壳是生物矿化的产物,具有高强度、高韧性。人们已对它们的组成、结构等进行了大量的研究犤１～４犦。结果表明,它们的主要成分是碳酸钙,但由于含有少量的蛋白质等有机基质,使其结构具有特殊的组装方式,从而显示出与纯碳酸钙迥然不同的优良物理性质和重要的生物功能。另一些研究表明胆结石、尿结石等异常生物矿化产物中也含有一定量的碳酸钙犤５犦。然而生物矿化过程非常复杂,其机理至今尚无统一说法。因此模拟生物矿化过程,了解有机基质在矿化过程中的作用,已成为化学、生物、医学和材料等多学科相互渗透和相互交叉的…     

Influence of surfactants on the morphologies of CaCO3 by carbonation route with compressed CO2

Three surfactants, sodium dodecyl sulfate (SDS), cetyltrimethylammonium bromide (CTAB) and polyoxyethylene-80-sorbitan monooleate (Tween 80), were used to control the growth of CaCO₃ crystals by carbonation route using Ca(OH)₂ and compressed CO₂. The obtained CaCO₃ particles were characterized by scanning electron microscopy (SEM) and X-ray diffraction (XRD) techniques. The effects of surfactants on the morphology of the particles were studied. It was demonstrated that Tween 80 and SDS have obvious effect on the morphology of CaCO₃ particles, while CTAB does not affect morphology considerably. The possible mechanism has been discussed on the basis of the binding of the surfactants to the certain face of the crystals.     

活性聚苯乙烯膜诱导碳酸钙异相成核结晶

0引言生物矿物材料(如骨、牙齿、贝壳等)的优异性能[1]使得无机材料的仿生合成(又称有机模板合成)成为近年来研究的热点之一[2]。该合成技术的优点是,通过有机物分子与无机离子的相互作用,能够在温和的条件下合成出具有多级结构、特殊形貌和优异性能的有机/无机复合材料。CaCO3     

Molecular dynamics simulations of aggregation behavior of sodium dodecyl sulfate on SiO2 and CaCO3 surfaces

Molecular dynamics simulations were carried out to investigate the aggregation behavior of anionic surfactant sodium dodecyl sulfate (SDS) on the surfaces of SiO₂ and CaCO₃. The results indicate that SDS molecules formed a spherical micelle structure near the SiO₂ surface; moreover, there were more head groups near the SiO₂ surface. However, they could form a self‐assemble film on the CaCO₃ surface. The self‐assemble film of SDS on the CaCO₃ surface was more stable than that on the SiO₂ surface. Our simulation results have a certain significance to understand the aggregation behavior of SDS on different surfaces on molecular level.     

St / AA共聚物的组成对碳酸钙结晶及形貌影响的研究

在聚苯乙烯-丙烯酸两亲共聚物(简称PAS)溶液中制备CaCO₃，用XRD、FTIR和SEM等研究随着PAS的亲水AA和亲油St单元组成的变化所引起的聚合物分子链段、溶解性质和胶束空间构象等的改变对CaCO₃晶型和形貌的影响。结果显示：随着亲水性AA单元组成的提高，可以由AA链段的晶面匹配成核调控碳酸钙为方解石纳米晶，并因PAS在水溶液中溶解性不同，形成了多种碳酸钙形貌的聚集体；当St和AA的物质的量比为3∶1时，合成出类珍珠岩层碳酸钙结构。根据PAS的结构性质和在水溶液中的溶解行为初步探讨了类珍珠岩层碳酸钙的形成机理，认为是PAS基质模板和羧酸根对钙的键合作用形成这一特殊形貌碳酸钙。     

珍珠质基底上CaCO3晶体的仿生生长研究

珍珠质是一种典型的有机，无机层状复合材料．其中95％以上是文石（CaCO3的一种晶型1小板片，填充在板片之间的薄层有机基质仅占1％-5％。这种精细的组织结构不仅使珍珠质具有绚丽的光泽。还赋予珍珠质超乎寻常的强度和韧性（为合成CaCO3晶体的3000多倍）。虽然在珍珠质中有机质的含量不足5％．然而正是这些有机质对珍珠质的结构、性能、晶体取向等起着至关重要的调控作用。     

草酸沉淀法合成自组装纳米Co_3O_4及性质

<正>一维纳米材料具有高比表面积,表现出很多奇特的物理和化学性能,因此一维纳米材料的合成和性质引起了人们的广泛关注。目前,合成一维纳米氧化物的方法很多,如模板法合成一维纳米铁氧体、水热法合成γ-MnOOH纳米棒、静电纺丝法合     

以碳酸钙为模板制备不同形貌的SiO_2中空粒子

以粒径1μm左右的球形和斜方碳酸钙为模板,制备了不同形貌的SiO2中空粒子。通过SEM,TEM,XRD,BET,TGA等对模板和中空粒子的结构和性能进行了表征,对包覆机理进行了探讨。结果表明:由于碳酸钙对壳层具有良好的物理支撑作用和化学亲和作用,SiO2中空粒子不仅结构完整,孔径分布良好,而且准确地复制了模板表面的细微结构。该方法操作简便,成本低廉,适合于工业化生产。     

Effects of PAA additive and temperature on morphology of calcium carbonate particles

Calcium carbonate particles with various shapes were prepared by the reaction of sodium carbonate with calcium chloride in the absence and presence of a polyacrylic acid (PAA) at 25°C and 80°C, respectively. The as-prepared products were characterized with scanning electron microscopy and X-ray diffraction. The effects of pH, temperatures, aging time and concentration of PAA and CaCO₃ on the crystal form and morphologies of the as-prepared CaCO₃ were investigated. The results show that pH, temperatures, concentration of PAA and CaCO₃ are important parameters for the control of morphologies of CaCO₃. Various crystal morphologies of calcite, such as, plates, rhombohedras, rectangles, ellipsoids, cubes, etc. can be obtained depending on the experimental conditions. Especially, the monodispersed cubic calcite particles can be produced by PAA addition at 80°C. Moreover, higher temperature is beneficial to the formation of monodispersed cubic or rectangular calcite particles. This research may provide new insight into the control of morphologies of calcium carbonate and the biomimetic synthesis of novel inorganic materials.     

Na5P3O10-Ca(OH)2-CO2-H2O体系纳米CaCO3的成核与生长

通过化学分析、SEM显微分析技术,结合Rosin-Ramiler概率统计理论,从介观层次研究Na5P3O10-Ca(OH)2-CO2-H2O体系纳米CaCO3的合成反应及其成核和生长过程。结果表明,Na5P3O10对Ca(OH)2的碳化反应具有抑制作用。随着[Na5P3O10]的增加,体系中CaCO3的成核速率B^0逐渐增大。在[Na5P3O10]＝0ppm时,CaCO3结晶的生长由长程扩散和凝聚生长控制;[Na5P3O10]=380.4,760.9ppm时,前期受短程扩散和界面反应控制、后期受长程扩散控制。Na5P3O10的存在,抑制了纳米CaCO3的晶体生长。     

Controlled synthesis of calcium carbonate in a mixed aqueous solution of PSMA and CTAB

A mixed system of poly (styrene-alt-maleic acid) (PSMA) and cetyltrimethylammonium bromide (CTAB) was used as a very effective crystal growth modifier to direct the controlled synthesis of CaCO₃ crystals with various morphologies and polymorphs. The as-prepared products were characterized with scanning electron microscopy and X-ray diffraction. It was found that the concentrations and relative ratios of PSMA and CTAB in the mixed aqueous solution were turned out to be important parameters for the morphology and polymorph of CaCO₃ crystals. Various morphologies of CaCO₃ crystals, such as hollow microsphere, peanut and so on, were produced depending on the concentrations and relative ratios of PSMA and CTAB. Moreover, the formation mechanisms of CaCO₃ crystals with different morphologies were discussed.