基于生物礦化的不同晶型與形貌碳酸鈣研究.pdf

1、生物礦化與一般無(wú)機(jī)相的結(jié)晶明顯不同，其無(wú)機(jī)礦物的結(jié)晶嚴(yán)格受生物體分泌的有機(jī)基質(zhì)的控制，是在有機(jī)基質(zhì)膜板誘導(dǎo)下的晶體生長(zhǎng)。有機(jī)基質(zhì)可以定義為由有機(jī)成分組成局域化表面和界面，是生物系統(tǒng)礦化的媒介，同時(shí)也決定了礦物顆粒的空間取向和結(jié)構(gòu)。生物體組織材料形成機(jī)制研究表明，在生物礦化過(guò)程中有機(jī)基質(zhì)對(duì)其復(fù)合的無(wú)機(jī)基質(zhì)材料的結(jié)構(gòu)具有重要影響。然而，關(guān)于生物組織材料在生物礦化過(guò)程中的形成機(jī)制研究目前還處于探索階段，還有很多現(xiàn)象和問(wèn)題有待進(jìn)一步探索。生物C

2、aCO3是自然界分布最廣泛的一類生物礦物，其組成除了無(wú)機(jī)相的CaCO3外，還含有少量的有機(jī)質(zhì)，包括水可溶(SM)和水不可溶有機(jī)基質(zhì)(MI)，SM富含陰離子集團(tuán)，是控制CaCO3結(jié)晶的重要因素之一。通過(guò)有機(jī)一無(wú)機(jī)界面分子識(shí)別，有機(jī)質(zhì)選擇性地與CaCO3晶體特定方向的面網(wǎng)相互作用，從而對(duì)CaCO3的生長(zhǎng)、形貌、多型及結(jié)晶學(xué)定向等產(chǎn)生明顯的控制作用。有機(jī)一無(wú)機(jī)界面的分子識(shí)別機(jī)制包括靜電、晶格幾何匹配和立體化學(xué)互補(bǔ)等。仿生礦化的研究為進(jìn)一步深入

3、了解生物礦化的機(jī)理及制造高級(jí)復(fù)合材料提供了新的方法。 本論文研究了(1)羧甲基殼聚糖水溶液中不同溫度下對(duì)碳酸鈣晶型的調(diào)控機(jī)理；(2) CTAB誘導(dǎo)無(wú)定形碳酸鈣結(jié)晶相交的研究。 在本論文的第一章中，簡(jiǎn)要介紹了生物礦化過(guò)程中有機(jī)質(zhì)對(duì)礦物結(jié)構(gòu)的調(diào)控機(jī)理及碳酸鈣在生物礦化領(lǐng)域內(nèi)的研究進(jìn)展。 在本論文的第二章中，我們討論了羧甲基殼聚糖和溫度對(duì)碳酸鈣晶型及形貌的影響。羧甲基殼聚糖分子吸附于碳酸鈣表面，穩(wěn)定了碳酸鈣成核，同時(shí)使

4、反應(yīng)從均相成核轉(zhuǎn)變?yōu)楫愊喑珊?。通過(guò)熱力學(xué)和動(dòng)力學(xué)計(jì)算，我們發(fā)現(xiàn)球霰石的吉布斯自由能是三者之中最高的，在低溫下的成核速率也是三者之中最大的，其成核反應(yīng)受動(dòng)力學(xué)控制；方解石的吉布斯自由能是三者之中最低的，但其成核速率不管在什么溫度下都是最小的，其成核反應(yīng)受熱力學(xué)控制；文石的吉布斯自由能居于兩者中間，在高溫下的成核速率是三者之中最大的，其成核反應(yīng)受動(dòng)力學(xué)控制。在327K時(shí)，球霰石和文石的成核反應(yīng)速率是相等的。有機(jī)物的加入是導(dǎo)致碳酸鈣的成核反應(yīng)