中文摘要：

生物体系常常能合成结构复杂且性能优异的生物矿物，而对这一类具有优异机械性能的生物矿物的矿化机理、结构与性能关系的研究对材料设计和合成也有着重要指导意义。高Mg含量方解石是自然界内很普遍的一类生物矿物，但对于其矿化机理和仿生合成方面仍存在很大研究空白。本项目拟以高Mg含量方解石作为主要研究对象，着重研究海胆牙齿和珊瑚藻两个体系的生物矿化机理、海胆牙齿的结构与性能的关系、珊瑚藻中有机组分对于高Mg含量方解石的形成过程的影响。同时利用生物矿化机理进行仿生材料合成的研究利用生物分子及合成的有机分子进行高Mg含量方解石的仿生合成；借鉴海胆牙齿中有序排列的单晶结构的矿化机理，开展按一定方向取向生长的含镁的方解石单晶的仿生合成。通过本项目的研究，把生物矿化和仿生材料合成结合起来，将阐明生物矿物海胆牙齿和珊瑚藻中高Mg含量方解石的生物矿化机理，并实现具有优异机械性能的高Mg含量方解石的仿生合成。

结论摘要：

高Mg含量的方解石是自然界内很普遍的一类生物矿物，但对于其矿化机理和仿生合成方面仍存在很大研究空白。本项目拟以高Mg含量的方解石作为研究内容，2010年1月到2012年3月，申请人的主要研究成果有以下5点(1)研究了温和条件下高镁方解石的合成及其对生物矿化过程的启示，探讨了聚合物对稳定无定形态碳酸钙及对控制高镁方解石的形成速率的影响，发现聚合物PAA具有稳定无定形态碳酸钙的作用，而葡聚糖具有抑制文石形成的作用，这两种聚合物的复合作用下可以得以成功实现高镁含量方解石的形成(Crystal Growth Des. 2011, 11, 2866)；(2) 研究了显微红外光谱在解析生物体内的含镁方解石及实验室内合成的含镁方解石中的应用，我们发现海胆牙齿的工作端中的岩石区和片状区都含有无定形态碳酸钙，而显微红外是研究含镁方解石这一具有微观不均匀结构的有效方法。（Phys. Chem. Chem. Phys., 2012，14, 2255）。(3)作为探索性工作，我们研究了碳酸钙的另外一种晶型即文石晶型的翼足目浮游生物超薄矿化外壳的特殊微观结构与其机械性能之间的关系。与海胆牙齿相近，翼足目矿化外壳也是由晶体取向性非常好的多级有序结构组成。我们主要通过两种方法详细证明了外壳中特殊的文石螺旋纤维密堆积结构的存在，纳米压印实验证明翼足目外壳具有各向异性的机械性能，这可能与其特殊的螺旋结构相关，这种新型的材料构建方式对于人工超薄材料的合成具有重要启发意义（Angew. Chem. Int. Ed., 2011, 50, 10361）。(4) 受生物矿物中一维方解石单晶结构的启发，我们通过两种方法制备了方解石一维单晶结构，包括自下而上的外延生长法和自上而下的溶解法，通过外延生长法制备出的一维方解石单晶结构的长轴方向垂直于(104)晶面；而通过溶解法制备出的方解石一维阵列结构的长轴方向与[001]方向平行。（该工作正在整理中） (5) 我们利用生物模板法制备了金纳米粒子-细菌纤维素一维复合结构，发现该有机无机纳米复合物在生物传感方面有很好的应用价值（Adv. Funct. Mater., 2010, 20, 1152）。在过去3年的时间里，申请人以通讯作者身份发表研究论文6篇，其中影响因子大于3的有4篇，影响因子大于8的有2篇，还有多篇工作正在整理中。