非可溶與可溶性基質(zhì)在碳酸鈣礦化結(jié)晶過程中的作用.pdf

1、自然界中生物體通過性能優(yōu)越的有機/無機復(fù)合材料構(gòu)筑其結(jié)構(gòu)功能復(fù)雜的組織器官。這些有機/無機復(fù)合材料在生物體中精密控制合成,具有一定的尺寸、形貌和組織結(jié)構(gòu)。生物礦化研究之目的即在于研究這些生物合成的復(fù)合材料,如貝殼、牙齒、骨骼等,以及其多級有序結(jié)構(gòu)的形成機理。模仿生物礦化過程為構(gòu)筑結(jié)構(gòu)性能優(yōu)越的有機/無機復(fù)合材料提供一種嶄新的方式。碳酸鈣不僅是生物體中應(yīng)用最廣泛的材料,也在工業(yè)生產(chǎn)中發(fā)揮著重要的作用。因此,碳酸鈣作為研究仿生礦化的突破口,

2、受到人們的廣泛關(guān)注,對其研究有著很長的歷史。在自然界中,有機體通過蛋白質(zhì)多糖等有機質(zhì)調(diào)控并構(gòu)筑有機/無機復(fù)合材料[1]。有機質(zhì)的成分按其溶解性分為可溶性和非可溶性兩種,兩者都在生物礦物晶體的成核生長、形貌尺寸控制、納米尺度組裝復(fù)雜結(jié)構(gòu)等方面發(fā)揮著重大的作用。大量的可溶性有機基質(zhì),如:有機小分子、表面活性劑、親水性聚合物、雙親水性嵌段共聚物等在體外礦化實驗中被廣泛應(yīng)用[2]。以上提及的可溶性有機質(zhì),在考慮其調(diào)控機理時,主要是研究其功能基團

3、(羥基、羧基、氨基、磷酸基團等)對晶體表面的選擇性吸附。然而,實際的礦化過程在生物體中特定的區(qū)域發(fā)生,通常是在非可溶性基質(zhì)的表面。目前的研究主要集中在可溶性基質(zhì)的作用探討,對非可溶性基質(zhì)作用的探討很少,而對并無上文所述的功能基團的有機質(zhì)表面對晶體生長影響的研究就更少[3]。因此,本論文重點研究了不含功能基團的非可溶性基質(zhì)表面碳酸鈣晶體的生長情況。用到的基質(zhì)材料有聚丙烯纖維、聚乙烯纖維、尼龍和金屬網(wǎng)格。發(fā)現(xiàn)非可溶性基質(zhì)在礦化過程中發(fā)揮著不

4、可忽視的作用。另一方面,在可溶性有機基質(zhì)對晶體的生長影響也開展了一些工作。以聚苯乙烯磺酸鈉、檸檬酸鈉等常見用于礦化的水溶性聚合物和有機小分子作為參照,重點研究了具有溫敏性和鹽效應(yīng)的智能高分子(嵌段共聚物聚N-(2-甲基丙烯酰氧乙基)吡咯烷酮-b-聚甲基丙烯酸)體系對碳酸鈣晶體生長的影響。碳酸鈣晶體的形貌通過掃描電鏡和透射電鏡進行了表征,其晶型、晶格排列等通過紅外光譜、選區(qū)電子衍射和粉末X射線衍射的方法進行了研究。在這些結(jié)果的基礎(chǔ)上,提出