碳酸钙生物矿化的体外研究进展

研究生物矿化的机理,可以为仿生制备新材料提供理论依据和合成手段,而碳酸钙是生物矿化的主要无机体系之一。近年来碳酸钙的体外研究使用了生物提取的或者人工合成的添加剂和模板,调控出了不同的碳酸钙晶型以及特殊的晶粒形貌,对于有机无机界面诱导矿化的机理给出了更多的原子水平的分析和验证,这些进展已经逐渐将生物矿化的研究带入了仿生的机理模拟阶段。在一些最新的研究成果中,使用微印法控制结晶位点,或者使用原子力显微镜观察微观生长形貌,或者从相转变角度认识矿化过程,这些研究为矿化研究今后的发展提供了新方向。     

蛋白质在生物矿化中的作用

通过对蛋白质在模拟生物矿化研究中出现的方法、理论、模型及其作用机制等的论述,指出了目前研究中存在的问题和不足．     

生物矿化研究进展

生物矿化与一般无机相的结晶明显不同，其无机矿物的结晶严格受生物体分泌的有机基质的控制，是在有机基质膜板诱导下的晶体生长。近年来受到化学、物理与生物以及材料学等多学科的关注。本文综述了该领域的发展过程、目前研究现状及相关前沿课题。     

仿生矿物材料的研究现状

近年来,随着仿生矿化的研究不断深入,研究思路和方法都有了较大的进步,文章主要介绍了生物矿物的种类、生物矿化的过程和简单机理以及生物矿物材料的研究现状。     

生物矿化技术固化风积沙试验与应用

为了改善沙漠地区的生态环境,采用生物矿化技术进行风积沙固化.首先,从土壤中分离并培养类芽孢杆菌,提取脲酶溶液.然后,通过风蚀测试试验、表面强度测试试验和植物适生性测试试验,研究生物矿化的室内固沙效果.最后,在乌玛高速公路中卫段进行了面积为5×10⁴ m²现场试验,验证生物矿化固沙技术的现场应用效果.结果表明,生物矿化可以有效胶结风积沙并在试样表面形成强度大于400 kPa的硬化层,可抵御11级风的风蚀作用,且不影响植物种子的萌发.虽然降雨对生物矿化固沙效果存在影响,但是固化7 d时硬化层强度超过500 kPa, 2 a内固化区高程无明显变化,表现出较好的抗风蚀性.固化区植物成活率超过50%,说明固化区具有良好的生态恢复功能.     

亚洲生物矿化前沿问题

<正>由浙江大学生物物质与信息调控中心主办的亚洲生物矿化会议于2009年11月14～16日在浙江大学举行。在中心主任、长江学者唐睿康教授的主持下,来自亚洲各国近70位(其中外宾11人)生物矿化领域的专家学者就生物矿化的前沿问题展开热烈的讨论。     

生物矿化与仿生材料的研究现状及展望

对于天然生物材料中的矿化组织结构和矿化机理的充分认识,可以为仿生设计与合成具有特定结构和功能的材料和器件提供理论依据。生物矿化组织的显微分级结构主要取决于生物控制的分子过程,包括晶体生核、生长,以及矿物结构的堆积方式,材料科学家和化学家首先在这一关键问题上做出了贡献。随着研究的深入,分子生物学家的加入,使这一研究已发展到细胞和基因的水平。探讨生物矿化过程中分子控制机理,即有机模板对无机晶体的调制作用,最具代表性的就是有机/无机界面分子识别理论。在此基础上给出生物矿化机理以及仿生制备的研究方向。     

碳酸钙生物矿化研究进展——软模板调控

近年来碳酸钙的体外研究使用了生物提取的或者人工合成的添加剂和模板,调控出了不同的碳酸钙晶型以及特殊的晶粒形貌,对于有机无机界面诱导矿化的机理给出了更多的原子水平的分析和验证,这些进展已经逐渐将生物矿化的研究带入了仿生的机理模拟阶段。     

重金属污染的生物矿化治理技术探索

为探索工程菌生物矿化对重金属污染治理的效果,以野生菌巴氏芽孢八叠球菌(SP)和脲酶工程菌(UE)作为尿素分解菌,通过微生物诱导碳酸盐沉淀(MICP)方法处理含有Cu²⁺,Cd²⁺,Zn²⁺和Ni²⁺的单一重金属模拟废水．研究发现：MICP技术对Cu²⁺,Ni²⁺和Cd²⁺的去除率较好,均可达到70%以上,其中对Ni²⁺的去除率可达90%,而对Zn²⁺的去除率较差(40%)．与对照菌相比,脲酶工程菌主要对Cd²⁺的作用较明显,去除率为野生菌的两倍．扫描电镜观察发现：模拟废水中的重金属离子生物矿化沉淀以菌体和细菌的分泌物作为成核位点,经酸处理分析确认重金属主要是以碳酸盐形式固定．     

纳米仿生骨组织材料的生理响应及生物矿化

利用溶胶－凝胶法合成了两种具有纳米结构的新型高生物活性骨修复及骨组织工程支架材料，并利用体外实验方法（In Vitro)以及X－射线衍射（XRD），扫描电子显微镜（SEM），红外光谱（FTIR），氮气吸附－解吸（BET）和等离子发射光谱（ICP）等技术对材料的显微结构及其在模拟生理溶液（SBF）中的降解过程，表面反应产物及生物矿化机理进行了研究，研究表明：两种溶胶－凝胶材料均具有较高的生物活性；由于化学组成不同，它们在SBF溶液中的离子扩散规律及生物矿化行为有所不同。     

Biomineralization and magnetism of bacterial magnetosomes

Magnetosomes of magnetotactic bacteria are of great interest in understanding biomiueralizatiou and possible links between organisms and geomagnetic field. Fossil maguetosomes are ubiquitous in marine and lake sediments and may significantly contribute to magnetic signals. In this review, we firstly introduce some characteristics of magnetotactic bacteria, followed by considering recent progress in maguetosome formation, magnetic measurements, and identification of bacterial magnetites in bulk sediments as well as their paleoenviroumeutal implications. Finally, we briefly discuss potential future breakthroughs in magnetosome studies and its applications.     

细菌修复加固石质历史建筑遗产研究

为了避免历史建筑遗产保护过程中造成不可逆损伤,通过细菌诱导碳酸钙在大理石试样表面矿化沉积形成薄层达到保护目的。采用XRD、SEM、MIP及超声波研究分析了矿化晶体晶相、矿化层生长、沉积晶体对试样孔隙影响以及矿化层粘结与保护效果。实验结果表明：矿化晶体为方解石和球霰石,细菌在晶体矿化沉积过程中充当成核位点,且晶体均匀生长在试样的表面,沉积致使试样孔隙率减小22.2％,但对孔隙分布无显著影响,矿化层与底层可以形成有效粘结。细菌诱导矿化修复保护新颖、生态,可以作为石质历史建筑遗产保护方法的有效选择。     

Biomineralization of phototrophic microbes in silica-enriched hot springs in South China

Microbial mats in two hot springs in South China were sampled for the research of mineralization of microbes and its mechanism by the methods of geology and modern biology. The results show that hot spring microbes have the key capability for enrichment of Si, Al, Fe, Ca and other elements, and the microbes are also crucial for the formation of SiO2, CaCO3, clay and so on. The extracellular polymeric substances (EPS) play important roles in the process of mineralization of hot spring microbes, which mainly takes place in the layer of EPS outside cell wall or sheath of cyanobacteria. The sheath outside cell wall, which keeps the normal metabolism of cyanobacteria during the process of mineralization on its surface, is also considerable for the biomineralization of cyanobacteria. According to structure and mineralization characteristics of two microbial mats, the process of mineralization can be divided into three stages, namely, early surface mineralization, middle degradation mineralization, and late des- quamation of mineral. The above conclusions are significant for comprehension of the process of mineralization, the process of deposition and the preservation of microfossil in modern and ancient extreme environments.     

Biomineralization process occurring in iron mud of coastal seepage area of Zhoushan Island, Zhejiang province

The biomineralization process of iron oxidizing bacteria and its influence on accumulation of metals were investigated by modern biological observation techniques （i.e., SEM and TEM） and geochemical methods, in coastal area of Zhoushan Island, Zhejiang province where a thick ancient wood layers were buried, Results show that the iron mud samples mainly contain Leptothrix-like sheaths and Gallionella-like stalks, which are known as neutrophilic iron-oxidizing bacteria. These two bacteria are present as obviously different abundance in two sampling sites, which may be regulated by the geochemistry of seepage water. The biomineralization product of iron oxidizing bacteria is ferrihydrite, a poorly ordered iron oxide, and formation of amorphous mineral is affected by the factors of bacteria, minor Si and temperature preventing any further transformation into more crystalline phases. Organic functional groups, extracellular polymers and surface charges can provide favorable nucleation sites or template for formation of iron precipitates on the bacterial surface. The mineralization process of the iron oxidizing bacteria is divided into different stages, i.e., extracellular mineralization, intracellular mineralization and the whole cell mineralization. Furthermore, due to BIOS containing the bacterial organic matter, the accumulation capacity of metals specially Fe and Co is highly increased, suggesting that BIOS exert a degree of controlling in the cycling of metal elements in seepage area.     

微生物成矿的研究现状

微生物是地球表层最强大的地质营力之一,微生物在自然界的地质作用,不仅仅局限于有机质的转化和破坏及沉淀矿床的形成和改造．而且在成岩、表生地质作用,以及其他许多方面都产生巨大的影响。微生物成矿研究目前已成为矿床学研究的重要领域之一,本文对铁、锰、金、金属硫化物、磷、铀等各种矿产的生物成矿作用的研究进行了总结。     

仿PF2A2-141新型苯酚-淀粉模塑料的研制

研制了仿PF2A2-141新型苯酚-淀粉模塑料. 产品典型的原料配方是m(苯酚-淀粉树脂)∶m(六亚甲基四胺)∶m(木粉)∶m(碳酸钙)∶m(氧化镁)∶m(硬脂酸锌)∶m(硬脂酸)∶m(油溶苯胺黑)∶m(群青)=40.5∶6.9∶45.0∶4.8∶0.8∶0.6∶0.4∶0.5∶0.5;制备工艺参数是混合时间≥60 min,工作辊温度100-110 ℃,空转辊温度140-150 ℃,辊距1.5-2.5 mm,热炼时间4-5 min,拼批时间≥45 min;模塑工艺参数是预热温度100-110 ℃,预热时间10-15 min,模塑压力≥25 MPa,模塑温度175-180 ℃,模塑时间0.8-1.0 min·mm-1,排气≥3次. 产品质量用模塑料片状料光亮外观和模塑料拉西格流动性80-120mm控制. 产品性能达到酚醛模塑料(PF2A2)国家标准,尤其是热变形温度(171 ℃)、绝缘电阻(3.0×1012 Ω)、介电强度(5.9 MV·m-1)、介质损耗因数(0.03)大大超过该国家标准;耐炽热(15 s)优良,而且在潮湿环境中有优良的电性能. 与PF2A2-141相比,产品原料消耗成本下降21.4%.     

Nano-magnetic material in the radula teeth of chiton Acan-thochiton rubrolinestus Lischke

In this note, relationships among the components, structure distribution and easy magnetization direction, structure of magnetic domain of nano-magnetic material in the major mature lateral radula teeth of chiton A.rubrolinestus Lischke are probed by using the high resolution transmission electron microscope (HRTEM), the scanning electron microscope (SEM), the magnetic force microscope (MFM) and the super-conducting quantum interference device (SQUID) magnetometer from the point of view of magnetism to provide a basis for comprehending biologic function of the magnetic radula.``     

Nano-magnetic material in the radula teeth of chiton Acanthochiton rubrolinestus Lischke

In this note, relationships among the components, structure distribution and easy magnetization direction, structure of magnetic domain of nano-magnetic material in the major mature lateral radula teeth of chiton A. rubrolinestus Lischke are probed by using the high resolution transmission electron microscope (HRTEM), the scanning electron microscope (SEM), the magnetic force microscope (MFM) and the super-conducting quantum interference device (SQUID) magnetometer from the point of view of magnetism to provide a basis for comprehending biologic function of the magnetic radula.