无机合成与制备化学论文
论文题目：仿生合成与无机合成中生物技术的应用姓名：李洁琼
学号： 2012507278 专业班级：材料科学与工程2012级1班
日期：2015年5月30日
仿生合成与无机合成中生物技术的应用
--------生物矿化
摘要：众所周知，生物体结构经过几十亿年的物竞天择的优化，几乎达到完美的程度。

生物体采用温和的条件却能对反应实行高度精密的控制，对能量、空间及原材料进行充分的利用，且形成的材料性能优越，令人叫绝。

例如，人与动物的骨骼、牙齿以及贝类生物坚而硬的壳都是细胞控制下的生物矿化的杰作，是生物体自身合成的优质的纳米材料。

它们都是由定向排列的纳米晶粒、晶柱或晶层所构成的。

对于生物矿化材料超结构以及在不同生物体系分子间作用是如何精确控制结晶构造，已有大量研究。

现已证明，生物超结构组装最终是由固-液和固-固界面分子间作用力决定的。

生物矿化材料的合成策略和和谐有序系统的构造，对仿生合成很有借鉴意义。

对生物矿化概念的理解，以及对生物矿物特点的把握，现已成为当今争相探究的热点。

关键词：生物矿化、仿生合成、前沿发展
生物矿化是指由生物体通过生物大分子的调控生成无机矿物的过程。

与一般矿化最大不同在于有生物大分子生物体代谢、细胞、有机基质的参与。

是生物形成矿物的作用，是生物在特定的部位，在一定的物理化学条件下，在生物有机物质的控制或影响下，将溶液中的离子转变为固相矿物的作用。

矿化作用区别于一般矿化作用的显著特征是通过有机大分子和无机离子在界面处的相互作用。

从分子水平上控制无机矿物相的结晶、生长，从而使生物矿物具有特殊的分级结构和组装方式。

近年来研究表明，生物体对生物矿化过程的控制是一个复杂的多层次过程，其中，生物大分子产生排布以及它们与无机矿物相的持久作用是生物矿化过程的两个主要方面。

一般认为生物体内的矿化过程分为四个阶段。

(1)有机质的预组织：生物体内不溶有机质在矿物沉积前构造一个有组织的微反应环境，该环境决定了无机物成核的位置和形成矿物的功能。

该阶段是生物矿化进行的前提。

(2)界面分子识别：在已形成的有机大分子组装体的控制下，无机物在溶液
中通过静电力作用、螯合作用、氢键、范德华力等作用在有机-无机界面处成核。

分子识别是一种具有专一性功能的过程，它控制着晶体的成核、生长和聚集。

(3)生长调制：无机矿物相生长过程中，晶体的形态、大小、取向和结构受生物体有机质的调控，并初步组装得到亚单元。

该阶段通过化学矢量调节赋予了生物矿化物质具有独特的结构和形态。

(4)外延生长：在细胞参与下，亚单元组装形成多级结构的生物成因矿物。

该阶段是造成天然生物矿化材料与人工材料差别的主要原因。

而且是复杂超精细结构在细胞活动中的最后修饰阶段。

生物矿化是一个复杂的动态的过程，受到生物有机质、晶体自身生长机制，以及外界环境等各方面的综合调控作用。

仿生矿化模型的建立以及相关机理的深入研究．为在有机组分内合成无机材料，进而利用生物成因矿物的力学性质研究，制备具有高断裂韧性和高强度的仿生材料提供了理论基础。

尽管自然界早已形成了结构高度有序的无机-有机复合纳米材料,直到上世纪中期人们才注意到生物矿化物质的特殊性能并利用生物矿化的机理来指导各种新型材料的合成,于是各种具有特殊性能的新型无机材料应运而生,化学合成材料由此进入了一个崭新的领域。

生物矿化的重要特征之一是细胞分泌的有机基质调制无机矿物的成核生长,以特殊的组装方式形成多级结构的生物矿化材料。

仿生合成就是将生物矿化的机理引入无机材料的合成,以有机物的组装体为模板,去控制无机物的形成,制备具有独特的显微结构的无机材料,使材料具有优异的物理和化学性能。

随着研究的深入,仿生合成的机理已被工作者们从越来越多的方面进行理解与考察,用作模板的物质越来越多,模板的概念也被应用于更多的领域,仿生合成在开辟合成新型材料途径方面的前景不可限量。

仿生合成技术为制备实用新型的无机材料提供了一种新的化学方法,使纳米材料的合成技术朝着分子设计和化学“裁剪”的方向发展,巧妙选择合适的无机物沉积模板,是仿生合成的关键。

目前尽管其机理还有待探索和证实,但仿生合成在无机材料制备中的潜力不可低估。

目前人们已利用生物矿化的原理成功地合成了纳米材料、半导体材料、有机-无机复合陶瓷薄膜，有效地提高了材料的机械性能、物理性能和化学性能，其
潜在的应用前景已展现在世人面前。

通过各国科学家对模拟生物矿化系统的研究，使生物矿化的理论有了新的发展，但毕竟尚未突破生物矿化中活的细胞究竟如何控制生物体中无机盐结晶生长的秘密。

同时模拟毕竟是一个瞬间或暂态过程，而真实的生物矿化既是一个空间积累的过程，又是一个时间积累过程；既有有机基质合成、组装对无机晶体产生诱导定向，又有无机物成核、长大、尺寸调整及镶边，这两个过程是如何协同进行是值得深思和探讨的问题。

如何能够模拟出真正具有自然功能的材料，还需要科学工作者的不懈努力。

模拟自然材料仅仅是第一步，重在创新，更主要的是从理念上把握材料合成的精髓，找出经济、方便的合成路径，创造性地把仿生材料运用到人类的实际生活中去，从而真正起到造福人类的作用。

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