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单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,生物矿化,1/25,目录,生物矿化研究史,生物矿物与生物矿化,生物矿化四个阶段,生物矿化形式,牙釉组织生物矿化,生物矿化主要研究方向,2/25,一、生物矿化研究史,1976,年以前,1976-1980,年,1981-1988,年,1989-1994,年,1994,年至今,着重探讨生物矿化作用概念和不一样门类矿化作用特点,.,主要研究全球海洋化学环境改变历史与生物矿化作用关系,生物矿化作用机制和从理论解释生物矿化这种现象,主要硕士物矿化作用节律对环境指示,尤其是软体动物生长速率,化学元素和微细结构与环境再造和污染监视等,至今生物骨骼起源与早期生物矿化作用也愈来愈受到重视,.,其中,利用生物矿化原理进行仿生材料合成一直贯通全部阶段,.,3/25,二、生物矿物和生物矿化,生物矿物,概念：生物体系特定条件下生成矿物。,特点：不但含有,骨架,支撑作用，而且还含有重力传感作用（如耳石）、磁场传感作用（如磁粒体）等特殊功效。,生物矿化,概念：是指由生物体经过生物大分子调控生成无机矿物过程。,特点：有特殊反应介质、基质对矿物指导作用、细胞代谢参加,4/25,几个天然生物矿化产物,珊瑚,海洋生物珊瑚虫分泌物，组成珊瑚虫身体支撑结构。主要成份：,方解石,贝壳,主要成份为碳酸钙，通常以,文石和方解石,形式存在。,珍珠,由,文石晶体,和,有机物,组成,5/25,骨骼,由,无机矿物和生物大分子,规则排列所组成复合材料,牙齿,由牙釉质、牙本质、牙骨质组成。,主要成份为,碳酸钙,细菌中磁性晶体,主要成份为,磁铁矿,6/25,生物矿物特点,结构上高度有序使得生物矿物,含有极高强度和良好断裂韧性。,骨骼和牙齿含有高强度,生物矿物普通含有,确定晶体取向,。如：,鸡蛋壳,中方解石以,c,轴垂直于蛋壳表面,矿物质与有机基质相互作用。,矿物质在整个生物代谢过程中形成，并参加代谢过程,.,7/25,三、生物矿化四个阶段,超分子与组织,界面分子识别,生长调制,外延生长,8/25,超分子自组织,生物矿化进行前提,在矿物沉积前结构一个有组织反应环境,该环境决定了无机物,成核位置,.,有机基质预组织是生物矿化模板前提,预组织标准是指有机基质与无机相在分子识别之前将识别无机物环境组织愈好,则它们识别效果愈佳,形成无机相愈稳定,.,9/25,界面分子识别,在已形成有机基质组装体,(,底物,),控制下,无机物,(,受体,),从溶液中在有机,/,无机界面成核,.,其中分子识别表现为有机基质分子在界面处经过晶格几何特征,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部位,结晶物质选择,晶形,取向及形貌等,.,10/25,生长调制,无机相经过晶体生长进行组装得到亚单元,同时形状,大小,取向和结构受有机基质分子组装体控制,;,因为实际生物体内矿化中有机基质是处于动态所以在时间和空间上也受有机基质分子组装体调整,.,在许多生物体系中,分子结构第三个阶段即经过化学矢量调整赋予了生物矿化物质含有独特结构和形态基础,.,11/25,外延生长,在细胞参加下亚单元组装成更高级结构,.,该阶段是造整天然生物矿化材料与人工材料差异主要原因,而且是复杂超精细结构在细胞活动中进行最终修饰阶段,.,12/25,以牙本质矿化为例来说明生物矿化阶段,在成牙质细胞层顶端分泌胶原蛋白，成为牙本质前身,合成磷蛋白并直接分泌在矿化前沿胶原蛋白层上,部分磷蛋白与胶原蛋白结合，部分降解,磷酸钙微晶或钙离子与磷蛋白结合,在结合钙离子或晶体上形成,HAP,结晶，而且按胶原纤维排成有序结构,13/25,四、生物矿化形式,依据路径分类：生物诱导矿化,生物控制矿化,依据生理分类：正常矿化,病理性矿化,14/25,生物诱导矿化,由生物生理活动,(,如新陈代谢、呼吸作用和细胞壁建立等,),引发周围环境物理化学条件改变而发生生物矿化作用。,细胞外生物诱导矿化形成硅酸铁示意图（,A,）,15/25,生物控制矿化,生物控制矿化是由生物生理活动引发，并在空间、结构和化学,3,方面受生物控制矿化过程。,细胞内生物控制矿化形成磁铁矿示意图（,B,）,16/25,正常矿化和病理矿化,正常矿化,病理矿化,矿化在一定部位进行，并按一定组成，结构，程度完成。如：骨骼，牙齿，贝壳等形成。,矿化发生在不应形成矿化部位，或者矿化不足或过分。如：结石，牙石等形成。,受控过程,失控过程,17/25,五、牙釉组织生物矿化,牙釉分级结构,牙中磷酸钙及其矿化过程,18/25,牙釉分级结构,矿物含量高达,95%,，最坚硬部位。,牙釉经典结构是由称为釉柱和柱间釉质两种结构单元相互交织组成。,19/25,牙中磷酸钙及其矿化过程,牙齿中磷酸钙主要存在于牙本质（,70%,）和牙釉质（,97%,）中。,20/25,上图为牙釉质、牙本质和骨主要理化性质和组分含量，由图中能够看出，牙本质中有机基质约占重量,20%,，主要是胶原蛋白和非胶原蛋白。牙本质磷蛋（,DPP,），牙本质涎蛋白（,DSP,），骨桥蛋白（,OPN,），牙本质涎磷蛋白（,DSPP,），蛋白多糖（,PGs,）和磷脂成份（,PLs,）非胶原蛋白约占,10%,。,21/25,牙本质磷蛋白在牙本质矿化过程中起着双重调整晶体生长作用，它可促进磷酸钙晶体成核，但在高浓度时，能够与正在生长,HAp,晶体结合，减缓,HAp,生长速度。,牙本质涎蛋白功效是参加生物矿化开启或作为调整因子抑制磷酸钙形成和生长。,骨桥蛋白是磷酸化唾蛋白家族中一员，它不含有组织特异性，与牙本质涎蛋白一样能够抑制磷酸钙形成和生长。,蛋白多糖和磷脂成份在牙本质中均出现在胶原表面，呈针状结构，在前期牙本质中磷脂和蛋白多糖可能抑制晶体形成，而在牙本质中可吸附于胶原纤维表面，结构了有利于晶体形成微环境，并调整晶体横向生长。,22/25,生物矿化主要研究从以下几个方面展开了研究,:,(1),研究蛋白质、核酸等之间相互作用和影响，以及大分子组装、催化与调整、蛋白质折叠与结合对生物矿物影响 等；,(2),经过晶体学、晶体生长学、序列与拓扑学、生物物理学和生物有机化学理论,来建立生物矿化理论模型和机制,进而经过计算机模拟方法来硕士物矿化理论机制,为发展新型功效材料提供理论支持和指导；,六、生物矿化主要研究方向,23/25,(3),经过工程设计路径和生物物理以及仿生合成方法来合成含有特种功效材料晶体,;,(4),微生物矿化作用及其对环境和资源影响研究,为环境和资源可连续发展提供一个思绪,主要研究颗石藻、磁性细菌和蓝细菌等生物矿化作用及其对环境相互作用,;,(5),对地质历史时期发生生物矿化作用和生物骨骼起源以及反应与此相关全球海洋古环境,尤其是化学环境改变和生物矿化所反应区域性环境改变研究,为探索生命起源提供理论依据。,24/25,Thank You!,25/25,
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