1、Biomaterials Laboratory Department of Materials Science and Engineering,Tsinghua UniversityT TSINGHUASINGHUAU UNIVERSITYNIVERSITY贻贝壳、鸵鸟蛋壳贻贝壳、鸵鸟蛋壳微组装结构及微组装结构及碳酸钙晶体生物矿化研究碳酸钙晶体生物矿化研究Biomaterials Laboratory Department of Materials Science and Engineering,Tsinghua UniversityT TSINGHUASINGHUAU UNIVERSITYN
2、IVERSITY研究内容研究内容 研究了多种天然生物材料的分级结构，如骨、象牙、贝壳、蛋壳等结构仿生 体外模拟生物矿化过程，研究蛋白质调制矿化机理过程仿生Biomaterials Laboratory Department of Materials Science and Engineering,Tsinghua UniversityT TSINGHUASINGHUAU UNIVERSITYNIVERSITY贻贝壳、鸵鸟蛋壳微组装结构贻贝壳、鸵鸟蛋壳微组装结构及碳酸钙晶体生物矿化研究及碳酸钙晶体生物矿化研究 贻贝壳微组装结构研究 鸵鸟蛋壳微组装结构研究 蛋白质调制生物矿化机理研究Biomate
3、rials Laboratory Department of Materials Science and Engineering,Tsinghua UniversityT TSINGHUASINGHUAU UNIVERSITYNIVERSITY贻贝壳微组装结构贻贝壳微组装结构 贻贝壳珍珠层晶体取向研究 贻贝壳斜棱柱层结构研究Biomaterials Laboratory Department of Materials Science and Engineering,Tsinghua UniversityT TSINGHUASINGHUAU UNIVERSITYNIVERSITY贻贝壳珍珠层晶体
4、取向贻贝壳珍珠层晶体取向 在珍珠层中存在一种“畴”结构，畴内在垂直方向上包含3-10个文石晶粒，同一文石层内包含1-5个文石晶粒，畴内晶粒的晶体学取向一致。上述畴结构可能是由于文石晶体片通过有机质中的微小孔洞沿垂直和平行方向连续生长所致。Biomaterials Laboratory Department of Materials Science and Engineering,Tsinghua UniversityT TSINGHUASINGHUAU UNIVERSITYNIVERSITY贻贝壳珍珠层晶体取向贻贝壳珍珠层晶体取向层面断面珍珠层畴结构模型Biomaterials Laborat
5、ory Department of Materials Science and Engineering,Tsinghua UniversityT TSINGHUASINGHUAU UNIVERSITYNIVERSITY贻贝壳斜棱柱层结构贻贝壳斜棱柱层结构 贻贝壳斜棱柱层由方解石晶体柱组成，棱柱晶体的长轴相应于方解石的c轴，棱柱晶体的(104)面平行于壳的表面。在斜棱柱层中，某些相邻棱柱体的晶体取向一致，即存在一种“畴”结构，畴内包含1-5个相邻的晶体取向一致的方解石晶柱，而畴与畴之间的取向不同。Biomaterials Laboratory Department of Materials Sc
6、ience and Engineering,Tsinghua UniversityT TSINGHUASINGHUAU UNIVERSITYNIVERSITY贻贝壳斜棱柱层结构贻贝壳斜棱柱层结构由实验得出的斜棱柱层晶体生长模型图(104)棱柱有机基体Biomaterials Laboratory Department of Materials Science and Engineering,Tsinghua UniversityT TSINGHUASINGHUAU UNIVERSITYNIVERSITY鸵鸟蛋壳微组装结构鸵鸟蛋壳微组装结构 鸵鸟蛋壳由内向外分为锥体层、栅栏层和晶体层，全由六方相
7、的方解石组成。锥体层没有(001)择优取向，栅栏层有明显的择优取向，而晶体层表现出极强的择优取向。说明蛋壳内的晶体在从内向外生长的过程中，其(001)面越来越趋向于平行蛋壳表面生长，而其它晶向的生长不断地受到抑制。蛋壳内部的有机质形成纤维网，将矿物相紧密地束缚在一起。鸵鸟蛋壳内同一层面上相邻的4-5个晶粒具有一致的取向，形成取向畴结构，当取向畴尺寸达到一定范围时，晶体就具有择优取向。Biomaterials Laboratory Department of Materials Science and Engineering,Tsinghua UniversityT TSINGHUASINGHU
8、AU UNIVERSITYNIVERSITY鸵鸟蛋壳微组装结构鸵鸟蛋壳微组装结构鸵鸟蛋壳弦切面样品X射线衍射分析锥体层无(001)择优取向栅栏层有明显择优取向晶体层有极强择优取向锥体层栅栏层晶体层Biomaterials Laboratory Department of Materials Science and Engineering,Tsinghua UniversityT TSINGHUASINGHUAU UNIVERSITYNIVERSITY鸵鸟蛋壳微组装结构鸵鸟蛋壳微组装结构鸵鸟蛋壳各层弦切面晶体形貌观察 锥体层 栅栏层 晶体层Biomaterials Laboratory Depa
9、rtment of Materials Science and Engineering,Tsinghua UniversityT TSINGHUASINGHUAU UNIVERSITYNIVERSITY蛋白质调制碳酸钙晶体生长蛋白质调制碳酸钙晶体生长 可溶蛋白对晶体晶相的选择是有调控作用的，贻贝壳珍珠层中的可溶蛋白可诱导文石的形成，棱柱层中的可溶蛋白可诱导方解石的形成。在晶体的生长过程中可溶蛋白夹杂于晶体中，使晶体螺旋式分层生长，形成了一种有机大分子与无机矿物相的复合结构；不同壳层中的可溶蛋白由于成分不同而具有特异性，这使晶体在生长过程中沿不同方向上的生长速度不完全相同，最终导致晶体的形貌不同
10、。不可溶蛋白对晶体在其表面的形核有所影响，由于空间几何尺寸、立体化学的因素，使得形核点的分布、密度不同，从而影响晶粒的大小、密度及数量。Biomaterials Laboratory Department of Materials Science and Engineering,Tsinghua UniversityT TSINGHUASINGHUAU UNIVERSITYNIVERSITY蛋白质调制碳酸钙晶体生长蛋白质调制碳酸钙晶体生长碳酸钙晶体生长在单晶Si(001)面不含可溶蛋白含珍珠层可溶蛋白含棱柱层可溶蛋白Biomaterials Laboratory Department of M
11、aterials Science and Engineering,Tsinghua UniversityT TSINGHUASINGHUAU UNIVERSITYNIVERSITY蛋白质调制碳酸钙晶体生长蛋白质调制碳酸钙晶体生长 碳酸钙晶体初始形貌及结构a.片状方解石，不含可溶蛋白 b.片状方解石，含珍珠层可溶蛋白c.球状文石，含珍珠层可溶蛋白 d.片状方解石，含棱柱层可溶蛋白Biomaterials Laboratory Department of Materials Science and Engineering,Tsinghua UniversityT TSINGHUASINGHUAU
12、UNIVERSITYNIVERSITY蛋白质调制碳酸钙晶体生长蛋白质调制碳酸钙晶体生长胶原蛋白调制下的方解石晶体生长Biomaterials Laboratory Department of Materials Science and Engineering,Tsinghua UniversityT TSINGHUASINGHUAU UNIVERSITYNIVERSITY蛋白质调控碳酸钙晶体生长蛋白质调控碳酸钙晶体生长胶原蛋白在晶体的间隙和底部形貌Biomaterials Laboratory Department of Materials Science and Engineering,Tsinghua UniversityT TSINGHUASINGHUAU UNIVERSITYNIVERSITY蛋白质调控碳酸钙晶体生长蛋白质调控碳酸钙晶体生长球形方解石文石形貌Biomaterials Laboratory Department of Materials Science and Engineering,Tsinghua UniversityT TSINGHUASINGHUAU UNIVERSITYNIVERSITY谢谢谢谢!
