生物礦化的基質(zhì)調(diào)控及其仿生應(yīng)用

內(nèi)容概要

　　本書從生物礦物的形貌和結(jié)構(gòu)特征入手，討論了生物礦化領(lǐng)域晶格匹配、分子模型、靜電作用、氫鍵、異相成核理論、空間定位與約束等基本原理，特別對(duì)目前生物礦化界世界公認(rèn)的“有機(jī)基質(zhì)調(diào)制礦化”進(jìn)行了討論；論述了生物體內(nèi)病理礦化（如泌尿系結(jié)石、膽結(jié)石和動(dòng)脈硬化等）的過(guò)程及其抑制；重點(diǎn)闡述了在不同模擬體系中生物礦化研究的最新成果，這些模擬體系包括DNA模板、多糖模板、蛋白質(zhì)模板，細(xì)菌模板，單分子膜、LB膜、囊泡、膠束、反膠束、微乳及自組裝膜等有序分子膜體系和凝膠體系；介紹了基于生物礦化原理的仿生材料(即有機(jī)/無(wú)機(jī)復(fù)合材料)的制備方法?！　　≡摃奶攸c(diǎn)是深入淺出、循序漸進(jìn)，科普與專業(yè)相結(jié)合，以生動(dòng)的實(shí)例描述生物礦化領(lǐng)域和仿生材料的基本問(wèn)題，可以作為化學(xué)、材料、生物、醫(yī)學(xué)、地質(zhì)、礦產(chǎn)等專業(yè)的研究生和大學(xué)本科高年級(jí)學(xué)生的教學(xué)用書，也可作為從事該領(lǐng)域研究者的參考書。

作者簡(jiǎn)介

　　歐陽(yáng)健明，男，1963年出生，教授，博士生導(dǎo)師。1996年于南京大學(xué)獲博士學(xué)位。2000年破格晉升教授。2002～2003年獲德國(guó)洪堡基金資助，在科?。↘oeln）大學(xué)作高訪。廣東省“千百十工程”學(xué)術(shù)帶頭人。2001年組建暨南大學(xué)生物礦化與結(jié)石病防治研究所。發(fā)表論文100多篇，其中收入SCl和El論文70多篇。發(fā)明專利2項(xiàng)。1999年出版專著《LB膜原理與應(yīng)用》，2005年參與撰寫《生物無(wú)機(jī)化學(xué)》和《生物礦化》。作為第一完成人2003年獲廣東省科技進(jìn)步三等獎(jiǎng)，1998年獲廣東省高教廳科技進(jìn)步二等獎(jiǎng)。近6年主持國(guó)家自然科學(xué)基金2項(xiàng)，省部級(jí)重點(diǎn)項(xiàng)目3項(xiàng)，省部級(jí)項(xiàng)目5項(xiàng)，作為第二完成人參與973項(xiàng)目子課題1項(xiàng)。

書籍目錄

第1章生物礦物與生物礦化11?1生物礦物的分布11?1?1碳酸鈣31?1?2磷酸鈣31?1?3含鐵礦物41?1?4植物體內(nèi)的硅化物61?2生物礦物的結(jié)構(gòu)和特征71?2?1生物礦物的結(jié)構(gòu) 71?2?2生物礦物的特征 131?3生物礦物中的有機(jī)基質(zhì)及其調(diào)控作用151?3?1生物礦物中的有機(jī)基質(zhì)151?3?2有機(jī)基質(zhì)對(duì)礦物的調(diào)控作用161?3?3生物礦化的過(guò)程231?4病理礦化261?4?1骨的病理礦化261?4?2動(dòng)脈硬化301?4?3泌尿系結(jié)石331?4?4膽結(jié)石38參考文獻(xiàn)40第2章DNA、多糖、蛋白質(zhì)和細(xì)菌模板對(duì)生物礦化的調(diào)控462?1DNA模板462?1?1對(duì)硫化鎘的調(diào)控472?1?2對(duì)四氧化三鐵的調(diào)控492?1?3對(duì)硫酸鋇的調(diào)控502?1?4對(duì)氯化鎂的調(diào)控502?1?5對(duì)二氧化硅的調(diào)控512?2多糖模板552?2?1對(duì)碳酸鈣和磷酸鈣的調(diào)控552?2?2對(duì)含鐵礦物的調(diào)控582?2?3對(duì)二氧化硅及硅酸鹽的調(diào)控592?2?4對(duì)納米硒的調(diào)控592?2?5對(duì)金屬和金屬氧化物生長(zhǎng)的調(diào)控622?3蛋白質(zhì)模板642?3?1對(duì)礦物結(jié)晶取向的調(diào)控642?3?2對(duì)礦物晶相的調(diào)控652?3?3對(duì)礦物形貌的調(diào)控682?3?4對(duì)無(wú)機(jī)納米粒子的調(diào)控722?4細(xì)菌模板742?4?1對(duì)正常礦化的調(diào)控742?4?2對(duì)病理礦化的調(diào)控79參考文獻(xiàn)83第3章囊泡、微乳和膠束體系中生物礦化的模擬873?1囊泡、微乳和膠束的組裝原理873?2囊泡體系893?2?1囊泡及其準(zhǔn)備893?2?2囊泡中磷酸鈣的礦化913?2?3囊泡中碳酸鈣的礦化953?2?4囊泡中草酸鈣的礦化963?2?5囊泡模板誘導(dǎo)其他無(wú)機(jī)礦物生長(zhǎng)1003?3微乳液1013?3?1微乳液簡(jiǎn)介1013?3?2微乳液的制備1013?3?3微乳液中礦物的生長(zhǎng)1023?4膠束1053?4?1膠束簡(jiǎn)介1053?4?2膠束制備及影響因素1053?4?3膠束調(diào)控礦物晶體生長(zhǎng)1063?5反膠束1063?5?1反膠束簡(jiǎn)介1063?5?2反膠束的制備及影響因素1073?5?3反膠束調(diào)控礦物晶體生長(zhǎng)107參考文獻(xiàn)109第4章單分子膜體系中生物礦化的調(diào)控1124?1單分子膜及其調(diào)控下礦物生長(zhǎng)的特征1124?1?1單分子膜及其制備1124?1?2單分子膜調(diào)控下礦物生長(zhǎng)的特征1134?2成膜材料及其對(duì)礦物晶體生長(zhǎng)的調(diào)控作用1184?2?1成膜材料1184?2?2親水頭基對(duì)晶體生長(zhǎng)的調(diào)控1204?2?3疏水尾鏈對(duì)晶體生長(zhǎng)的調(diào)控1254?3單分子膜調(diào)控?zé)o機(jī)晶體的生長(zhǎng)1264?3?1對(duì)碳酸鈣礦物的調(diào)控1264?3?2對(duì)磷酸鹽礦物的調(diào)控1294?3?3對(duì)草酸鈣礦物的調(diào)控1344?3?4對(duì)硫酸銅晶體的調(diào)控1414?3?5對(duì)硫化鉛和硫化鎘晶體的調(diào)控1444?3?6對(duì)硫酸鋇和氯化鋇晶體的調(diào)控1474?3?7調(diào)控鐵礦物晶體的生長(zhǎng)1524?4單分子膜調(diào)控有機(jī)晶體的生長(zhǎng)1544?4?1誘導(dǎo)氨基酸晶體生長(zhǎng)1544?4?2誘導(dǎo)蛋白質(zhì)晶體生長(zhǎng)1554?4?3調(diào)控有機(jī)晶體生長(zhǎng)的參數(shù)1574?4?4調(diào)控有機(jī)晶體生長(zhǎng)的主要機(jī)理1574?5存在問(wèn)題及前景158參考文獻(xiàn)159第5章自組裝膜體系中生物礦化的模擬1635?1概述1635?2自組裝膜的結(jié)構(gòu)和組裝1645?2?1自組裝膜的結(jié)構(gòu)1645?2?2自組裝膜的組裝1645?3自組裝膜對(duì)生物礦物的調(diào)控1685?3?1自組裝膜誘導(dǎo)下晶體生長(zhǎng)的特征1685?3?2自組裝膜誘導(dǎo)碳酸鈣晶體生長(zhǎng)1705?3?3自組裝膜誘導(dǎo)磷酸鈣晶體生長(zhǎng)1745?3?4自組裝膜誘導(dǎo)纖鐵礦生長(zhǎng)1795?3?5自組裝膜誘導(dǎo)草酸鈣晶體生長(zhǎng)1815?4自組裝膜對(duì)有機(jī)晶體的調(diào)控1825?4?1自組裝膜調(diào)控氨基酸晶體生長(zhǎng)1825?4?2自組裝膜調(diào)控生物大分子晶體生長(zhǎng)1845?4?3自組裝膜調(diào)控其他有機(jī)晶體生長(zhǎng)185參考文獻(xiàn)186第6章凝膠體系中生物礦化的模擬1886?1凝膠體系1886?1?1凝膠體系及其特點(diǎn)1886?1?2不同凝膠體系的比較1896?2凝膠體系對(duì)生物礦物的調(diào)控1896?2?1對(duì)磷酸鈣生長(zhǎng)的調(diào)控1896?2?2對(duì)碳酸鈣生長(zhǎng)的調(diào)控1926?2?3對(duì)草酸鈣生長(zhǎng)的調(diào)控1966?2?4對(duì)碳酸鋇生長(zhǎng)的調(diào)控2026?3影響凝膠中礦物晶體生長(zhǎng)的因素203參考文獻(xiàn)204第7章生物礦化在仿生材料合成中的應(yīng)用2067?1仿生的概念2067?2基于生物礦化原理的仿生2077?3仿生生物礦物材料2087?3?1仿貝殼珍珠層材料2087?3?2仿骨材料2107?3?3仿牙材料2107?4仿生生物陶瓷涂層2117?4?1羥磷灰石和磷酸鈣仿生涂層2117?4?2草酸鈣仿生涂層2147?4?3其他仿生涂層2157?5仿生納米材料2177?5?1仿羥磷灰石納米材料2187?5?2仿碳酸鈣納米材料2187?5?3利用DNA模板仿生制備金屬納米線2197?6結(jié)束語(yǔ)222參考文獻(xiàn)222

媒體關(guān)注與評(píng)論

　　前言　　自然界里的生物礦物如骨、牙齒、貝殼、細(xì)菌中的磁小體和各類結(jié)石等，具有極高的強(qiáng)度和良好的抗斷裂韌性。深入研究這些生物礦物的形成機(jī)理和生物礦化特征，不但有助于新型材料的開發(fā)和利用，而且有助于治療異常礦化引起的人體疾病?！　±眯碌氖苌飭l(fā)而來(lái)的合成路徑和源于自然的仿生原理合理設(shè)計(jì)形貌、結(jié)構(gòu)可控的功能材料和研究其所具有的獨(dú)特性能，已成為生命、化學(xué)、材料和物理等學(xué)科中一個(gè)很活躍的前沿領(lǐng)域，并取得了較好的進(jìn)展。近幾年，發(fā)達(dá)國(guó)家在這一領(lǐng)域的研究十分活躍，在中國(guó)已有不少研究小組進(jìn)行了該領(lǐng)域的研究?！　”緯M可能對(duì)生物礦化進(jìn)行全面的介紹。作者從生物礦物的形貌和結(jié)構(gòu)特征入手，討論了生物礦化領(lǐng)域的基本原理，如晶格匹配、分子模型、靜電作用、氫鍵、異相成核理論、空間定位與約束等，特別是目前世界生物礦化界公認(rèn)的“有機(jī)基質(zhì)調(diào)制礦化”；論述了生物體內(nèi)病理礦化（泌尿系結(jié)石、膽結(jié)石和動(dòng)脈硬化等）的過(guò)程及其抑制；重點(diǎn)闡述了在不同模擬體系中對(duì)生物礦化研究的最新成果，這些模擬體系包括DNA模板、多糖模板、蛋白質(zhì)模板，細(xì)菌模板，單分子膜、LB膜、囊泡、膠束、反膠束、微乳和自組裝膜等有序分子膜體系和凝膠體系；介紹了基于生物礦化原理的仿生材料(即有機(jī)/無(wú)機(jī)復(fù)合材料)的制備方法?！　∽髡吡D兼顧深度與廣度，采用深入淺出、循序漸進(jìn)的闡述方式，科普與專業(yè)相結(jié)合，以生動(dòng)的實(shí)例描述生物礦化領(lǐng)域和仿生材料的基本問(wèn)題；在總結(jié)大量中外文獻(xiàn)、介紹國(guó)內(nèi)外生物礦化領(lǐng)域研究現(xiàn)狀的同時(shí)，也介紹了作者近年來(lái)在生物礦化研究方面的成果。本書不僅可作為化學(xué)、材料、生物、醫(yī)學(xué)、地質(zhì)、礦產(chǎn)等專業(yè)的研究生和大學(xué)本科高年級(jí)學(xué)生的教學(xué)用書，亦可作為從事該領(lǐng)域研究者的參考書。作為拋磚引玉的著作，如果該書能激起廣大讀者的興趣并啟發(fā)靈感，作者將備感欣慰?！　”緯鴧R聚了作者多年來(lái)的工作，在搜集資料到成書的六年多時(shí)間里得到了國(guó)內(nèi)許多老前輩和同行的大力支持和幫助。北京大學(xué)王夔院士、清華大學(xué)崔福齋教授和馮慶玲教授、中國(guó)科技大學(xué)俞書宏教授、浙江大學(xué)唐?？到淌?、南京大學(xué)郭子建教授、北京大學(xué)齊利民教授、中國(guó)科學(xué)院化學(xué)所江雷教授等對(duì)初稿提出了許多寶貴的修改意見。特別是崔福齋教授對(duì)于作者著述“生物礦化的基質(zhì)調(diào)控”提出了寶貴的建議和引導(dǎo)；王夔院士在百忙之中為本書作序。謹(jǐn)向他們致以最誠(chéng)摯的感謝。　　感謝中科院北京化學(xué)所王篤金、徐堅(jiān)，河南師范大學(xué)楊林，河南大學(xué)杜祖亮、薛中會(huì)，武漢大學(xué)童華、胡繼明，山東大學(xué)沈強(qiáng)、馮緒勝，宿州學(xué)院王紅艷等提供了部分清晰圖片。此外，本書還引用了武漢理工大學(xué)陳和生、韓穎超，安徽大學(xué)沈玉華、張勝義，北京大學(xué)楊展瀾，武漢大學(xué)姚松年，中國(guó)科學(xué)院地質(zhì)研究所戴永定，中國(guó)科學(xué)院北京物理所錢霞，暨南大學(xué)蔡繼業(yè)，北京理工大學(xué)羅運(yùn)軍，中國(guó)科學(xué)院北京過(guò)程工程研究所杜竹瑋，中南大學(xué)黃蘇萍等專家學(xué)者的學(xué)術(shù)成果。該書引用了大約400多篇參考文獻(xiàn)，相當(dāng)一部分文獻(xiàn)還來(lái)不及與各位作者聯(lián)系，特別是部分國(guó)外學(xué)者、期刊和出版社，本書已經(jīng)在各章中清楚標(biāo)注，在此，作者亦向他們表示深深的感謝。　　感謝研究生袁歡欣為此書撰寫所做的大量文字校對(duì)工作和圖片處理工作；感謝研究生鄧穗平、鄧蘭青、周娜、鄭輝、鄧芳、陳德志、陳村元、張惠敏和柳一鳴副教授、文娜秘書在本書編著過(guò)程中提供的幫助?！　”緯菄?guó)家自然科學(xué)基金(20471024)、國(guó)家自然科學(xué)基金重點(diǎn)項(xiàng)目“生物礦化過(guò)程及其模擬”(20031010)、廣東省科技攻關(guān)項(xiàng)目(2005B30701003)、廣東省自然科學(xué)基金重點(diǎn)項(xiàng)目(013202)和廣州市科技攻關(guān)項(xiàng)目(2001?Z?123?01)等多項(xiàng)基金資助所取得的成果。　　由于作者學(xué)識(shí)所限，加之時(shí)間倉(cāng)促，內(nèi)容取舍很可能掛一漏萬(wàn)，不足乃至謬誤之處在所難免，誠(chéng)望專家與讀者不吝賜教并批評(píng)指正?！　W陽(yáng)健明　　2005年11月于廣州暨南大學(xué)

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