基于生物礦化的不同晶型與形貌碳酸鈣研究.pdf

1、生物礦化與一般無機相的結晶明顯不同，其無機礦物的結晶嚴格受生物體分泌的有機基質(zhì)的控制，是在有機基質(zhì)膜板誘導下的晶體生長。有機基質(zhì)可以定義為由有機成分組成局域化表面和界面，是生物系統(tǒng)礦化的媒介，同時也決定了礦物顆粒的空間取向和結構。生物體組織材料形成機制研究表明，在生物礦化過程中有機基質(zhì)對其復合的無機基質(zhì)材料的結構具有重要影響。然而，關于生物組織材料在生物礦化過程中的形成機制研究目前還處于探索階段，還有很多現(xiàn)象和問題有待進一步探索。生物C

2、aCO3是自然界分布最廣泛的一類生物礦物，其組成除了無機相的CaCO3外，還含有少量的有機質(zhì)，包括水可溶(SM)和水不可溶有機基質(zhì)(MI)，SM富含陰離子集團，是控制CaCO3結晶的重要因素之一。通過有機一無機界面分子識別，有機質(zhì)選擇性地與CaCO3晶體特定方向的面網(wǎng)相互作用，從而對CaCO3的生長、形貌、多型及結晶學定向等產(chǎn)生明顯的控制作用。有機一無機界面的分子識別機制包括靜電、晶格幾何匹配和立體化學互補等。仿生礦化的研究為進一步深入

3、了解生物礦化的機理及制造高級復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碳酸鈣晶型的調(diào)控機理；(2) CTAB誘導無定形碳酸鈣結晶相交的研究。 在本論文的第一章中，簡要介紹了生物礦化過程中有機質(zhì)對礦物結構的調(diào)控機理及碳酸鈣在生物礦化領域內(nèi)的研究進展。 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，同時使

4、反應從均相成核轉(zhuǎn)變?yōu)楫愊喑珊?。通過熱力學和動力學計算，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，其成核反應受動力學控制；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，其成核反應受熱力學控制；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，其成核反應受動力學控制。在327K時，球霰石和文石的成核反應速率是相等的。有機物的加入是導致碳酸鈣的成核反應