生物矿化
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生物矿化是指生物体通过自身的生命活动，调控生成无机矿物材料的过程。这些由生物体形成的矿物被称为生物矿物。与地质矿物不同，生物矿物通常在常温常压下形成，并且具有高度有序的微观结构和特殊的物理化学性质，这些特性是单纯的人工合成材料难以企及的。
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生物矿化的过程始于有机基质的合成与组装。生物体会首先分泌出一些有机大分子，如蛋白质、多糖和脂质。这些分子会自组装形成一个框架或模板，例如贝壳中的几丁质-蛋白质复合基质，或者牙齿釉质中的釉原蛋白框架。这个有机基质为矿物的成核和生长提供了结构基础和化学环境。
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接下来是成核阶段。在有机基质的精确调控下，生物体从周围环境（如水体或体液）中富集所需的离子（如钙离子、碳酸根离子、硅酸根离子等）。有机基质表面的特定化学基团会吸引并固定这些离子，降低矿物晶体形成的能量壁垒，从而在特定的位点诱发晶体成核。这个过程确保了矿物在正确的位置开始生长，而不是随机沉淀。
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晶体生长与形态调控是紧随其后的关键步骤。在晶体生长过程中，有机基质持续发挥作用。它通过空间位阻、化学官能团的抑制或促进以及提供特定的晶面取向等方式，精确控制晶体的生长速率、大小、形状和晶体学取向。例如，在珍珠层中，文石晶体以砖墙结构有序排列，这种结构正是由有机基质层引导形成的。
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最终，通过生物矿化形成的材料是有机物和无机物在纳米尺度上的复合材料。这种独特的结构赋予了生物矿物卓越的性能。例如，鲍鱼壳的珍珠层（主要成分为碳酸钙）的韧性是其纯矿物形式的3000倍；人类牙齿的釉质（主要成分为羟基磷灰石）兼具极高的硬度和一定的抗断裂能力；海绵体内的硅质骨针则具有优异的光导性能。
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生物矿化在自然界中无处不在，是许多生物体构建骨骼、牙齿、贝壳、甲壳、耳石、甚至某些细菌形成的磁小体等支撑和保护结构的主要方式。研究生物矿化机制，对于理解生命过程、开发生物启发的新型高性能复合材料（如仿生陶瓷、仿生水泥）以及研发仿生医学材料（如人工骨、牙种植体）都具有极其重要的意义。