生物礦化與仿生材料的研究現(xiàn)狀及展望

1、ISSN 100020054CN 1122223 N 清華大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版J T singhua U niv (Sci &Tech ,2005年第45卷第3期2005,V o l .45,N o .324 363782383生物礦化與仿生材料的研究現(xiàn)狀及展望馮慶玲(清華大學(xué)材料科學(xué)與工程系,北京100084收稿日期:2004207228基金項目:國家自然科學(xué)基金資助項目(50272035作者簡介:馮慶玲(19502,女(漢,河北,教授。E 2m ail :bi om ater tsinghua .edu .cn摘要:對于天然生物材料中的礦化組織結(jié)構(gòu)和礦化機理的充分認(rèn)識,可以為仿生設(shè)

2、計與合成具有特定結(jié)構(gòu)和功能的材料和器件提供理論依據(jù)。生物礦化組織的顯微分級結(jié)構(gòu)主要取決于生物控制的分子過程,包括晶體生核、生長,以及礦物結(jié)構(gòu)的堆積方式,材料科學(xué)家和化學(xué)家首先在這一關(guān)鍵問題上做出了貢獻。隨著研究的深入,分子生物學(xué)家的加入,使這一研究已發(fā)展到細胞和基因的水平。探討生物礦化過程中分子控制機理,即有機模板對無機晶體的調(diào)制作用,最具代表性的就是有機 無機界面分子識別理論。在此基礎(chǔ)上給出生物礦化機理以及仿生制備的研究方向。關(guān)鍵詞:仿生;天然生物材料;生物礦化中圖分類號:Q 811文獻標(biāo)識碼:A文章編號:100020054(20050320378206Rev iew of curren t

3、 bio m i nera liza tionand b iom i m etic ma ter i a lsFENG Q ing ling(D epart men t of M ater i als Sc ience and Engi neer i ng ,Tsi nghua Un iversity ,Be ij i ng 100084,Chi na Abstract :Further understanding of the structure of m ineralized tissues and the m echanis m of m ineralizati on in natura

4、l bi om aterials is needed to p rovide a theo retical basis fo r the bi om i m etic design and synthesis of m aterials and devices w ith special structures and functi ons .T he h ierarch ical structure of m ineralized tissues m ainly depends upon the mo lecular p rocesses contro lled by the o rganis

5、 m s,including the nucleati on and grow th of crystals and the stack ing mode of m inerals .M aterials scientists and chem ists have developed a tho rough understanding of these key issues in the past decade .In recent years,mo lecular bi o logists have expanded th is research to mo lecular and geni

6、c levels .T his article review s the current understanding of the bi om ineralizati on m echanis m ,especially the mo lecularcontro l m echanis mfo ro rganicm atrixm ediatedbi om ineralizati on .T he mo st rep resentative bi om ineralizati on theo ry is based on mo lecular recogniti on at o rganic i

7、no rganic interfaces .T h is understanding of current bi om ineralizati on theo ry is used to suggestfuturestudies onbi om ineralizati onandbi om i m eticp reparati ons .Key words :bi om i m etics;natural bi om aterials;bi om ineralizati on人類探索自然的歷程經(jīng)歷了數(shù)千年,然而至今仍然不能對生命的運作施加任何控制。人體內(nèi)的細胞按照遺傳既定的程序運做著。這種自發(fā)

8、性從6億年前的單細胞組合開始,造就了海藻、水母、昆蟲、鳥獸,直至人類這樣的多細胞生物體。自發(fā)性系統(tǒng)所具有的復(fù)雜性令人驚訝。一個直徑僅有1m 的大腸桿菌的單個細胞基因組擁有的數(shù)字存儲能力相當(dāng)于一個普通的高密度存儲軟盤;一個小小的核糖體同時具有組裝50多種蛋白的能力;真核細胞合成DNA 的出錯率低于10-11核苷酸;而綠色植物光合作用所合成的精細化工物質(zhì)比全球化學(xué)工業(yè)的產(chǎn)量加在一起還要多1。大自然的分子機械技術(shù)比人類目前任何一種制造技術(shù)都高明2,3。生物礦物廣泛存在于生物界,在生物體中承擔(dān)了聽覺感受、重力感受、利用地球磁場導(dǎo)航、臨時儲存離子、硬化和強化特定生物組織等多種作用。生物礦化的奇特之處在于

9、其過程是一個天然存在的高度控制過程,受生物機體內(nèi)在機制調(diào)制,可以實現(xiàn)從分子水平到介觀水平上對晶體形狀、大小、結(jié)構(gòu)、位向和排列的精確控制和組裝,從而形成復(fù)雜的分級結(jié)構(gòu)4,具備特殊的光、磁和力學(xué)性能57。近年來,生物礦化的這種自裝配、分級結(jié)構(gòu)、納米尺度的特征受到了來自化學(xué)、物理、材料和生物多個領(lǐng)域科學(xué)家的關(guān)注,成為Science 、N atu re 近10年來連續(xù)報道的前沿問題。對這一生物組裝過程的充分認(rèn)識,可使人們在分子層次上設(shè)計與合成具有特定結(jié)構(gòu)和功能的材料和器件,如醫(yī)用修復(fù)材料、化學(xué)傳感器、微圖像處理器和量子器件等8。1國內(nèi)外研究現(xiàn)狀國際上對天然生物材料及仿生材料研究的重視始于20世紀(jì)80年

10、代。目前,國際上一流大學(xué)都已把生物材料放在優(yōu)先發(fā)展的地位。中國生物與仿生材料研究者在這一領(lǐng)域已取得國際矚目的研究成果。自1988年中國生物無機化學(xué)家王夔院士和材料學(xué)家李恒德院士將生物礦化的概念介紹到國內(nèi)后,中國的生物礦化研究開始逐漸形成規(guī)模9。其中很重要的一個方面就是在學(xué)習(xí)礦化材料合成方法的基礎(chǔ)上,研究并實施新的材料制備策略。而深入進行這些工作的一個重要前提就是表征天然生物礦物的分級結(jié)構(gòu)及探索生物礦化的基本機理10。1.1礦化材料結(jié)構(gòu)與功能關(guān)系生物礦物的精美結(jié)構(gòu)與優(yōu)異功能使很多材料科學(xué)家著迷11,12。鮑魚殼珍珠層是生物礦化的一個典型例子,其成分的99%是普通的文石,其余是蛋白質(zhì),但卻具有復(fù)雜

11、的層狀結(jié)構(gòu)13,見圖1。鮑魚殼珍珠層的斷裂功高達1200J m 2,高于普通文石23個數(shù)量級14。人們目前對珍珠層的韌性機理已有初步理解。進一步研究表明所有這些得益于一個被嚴(yán)格控制的生物礦化過程 。圖1鮑魚殼珍珠層的薄板狀文石L ucen t T echno logies 公司貝爾實驗室的A izenberg 博士首先從礦化的生物材料的結(jié)構(gòu)功能關(guān)系角度出發(fā),詳細討論了棘皮動物海蛇尾(O .w end tii 骨骼的光受體系統(tǒng)。它具有明顯的多重功能特性(圖215。O .w end tii 是很敏感的光響應(yīng)物種,它可以從白天到黑夜改變身體的顏色,同時可以探測到捕食者的陰影,從而迅速地逃離危險。然而

12、,海蛇尾是沒有眼睛的。對復(fù)雜的碳酸鈣(方解石骨骼進行分析后顯示,存在有序的球形微結(jié)構(gòu)排列,這些微結(jié)構(gòu)具有雙透鏡的特性。光學(xué)刻蝕實驗證明微結(jié)構(gòu)透鏡可將可見光聚焦到神經(jīng)中樞系統(tǒng),該神經(jīng)束被認(rèn)為是主要的光受體。通過構(gòu)筑方解石單晶的上下表面和單晶取向,最大程度上減小像差以及雙折射,微透鏡達到了智能化的排列設(shè)計。此外,透鏡排列是從角度選擇為10°的方向探測光線,而發(fā)光系統(tǒng)也通過調(diào)節(jié)到達光受體的光通量,以適應(yīng)此角度選擇系統(tǒng) 。圖2海蛇尾的外貌和支架結(jié)構(gòu)1.2仿生材料化學(xué)著名的生物礦化和仿生納米材料學(xué)家,英國973馮慶玲:生物礦化與仿生材料的研究現(xiàn)狀及展望議上有一個題為“基質(zhì)誘導(dǎo)成核:一個礦化過程

13、的介觀現(xiàn)象?”的精彩報告。報告指出,生物礦物通常在有機的模板如大分子框架、脂膜或細胞壁表面合成。因此,第一需要理解生物源的礦物生長和形態(tài)發(fā)生,例如,磷酸鈣、碳酸鈣和氧化硅如何在有機分子和有機表面存在時發(fā)生沉積過程。第二,利用生物結(jié)構(gòu)和系統(tǒng),在實驗室內(nèi)模擬礦化過程,從而在有機組分如病毒和細胞內(nèi)合成無機材料,這將是仿生材料合成最主要的推動力。第三,生物礦物的力學(xué)性質(zhì)的研究,為具有高的斷裂韌性和強度的人工骨等人工合成材料的制備提供方法16。1.3礦化生物學(xué)目前人們對于生物大分子對礦化的調(diào)控作用有。礦化結(jié)構(gòu)具有種間專一性,而這也應(yīng)歸屬為生物大分子的調(diào)控作用。例如,東京農(nóng)工大學(xué)Y .O kam u ra

14、 博士研究磁細菌M ag netosp ir 2illum m ag neticum 體內(nèi)的磁性粒子時發(fā)現(xiàn)細胞內(nèi)囊泡膜上存在5個專一性的蛋白,見圖3。一個162kD a 蛋白(M m s 16是磁細菌體內(nèi)最豐富的專一性蛋白。通過基因克隆和基因序列分析發(fā)現(xiàn),M m s 16蛋白含有一個A T P GT P 結(jié)合域(P 2loop 。用紅血球凝集素作標(biāo)記的重組M m s 16,在大腸肝菌體內(nèi)表達。重組M m s 16蛋白可以結(jié)合GT P ,同時具有GT P 酶的活性。這些重大研究進展表明,蛋白專一性地定位在合成磁性粒子的囊泡膜上與囊泡的形成有關(guān)。此外,加入GT P 酶的抑制劑A lF 4 將抑制磁

15、性粒子的圖3細菌細胞內(nèi)磁性粒子膜上的蛋白質(zhì)合成,表明磁性粒子的合成是需要GT P 酶的17。目前國際上有幾十個研究小組對病毒、細菌、真菌、昆蟲和哺乳類動物如小鼠、豬和人體內(nèi)的礦物內(nèi)蛋白質(zhì)進行分析,發(fā)現(xiàn)它們在礦物的運輸、自組裝形成短程和長程有序結(jié)構(gòu)中起著重要作用。有序性是從分子到納米、微米和宏觀層次,最終在不同層次上形成不同的分級結(jié)構(gòu)。1.4生物礦化機理生物礦化過程的一個顯著特征是這個過程受控于有機大分子基體。天然復(fù)合材料中的有機質(zhì)不僅有其結(jié)構(gòu)上的框架作用,更重要的是控制著無機礦物的形核、生長以及礦物結(jié)構(gòu)的堆積方式。生物礦化研究20年來一個重要的進展就是認(rèn)識到有機模板對無機晶體的調(diào)制作用,最具代

16、表性的就是S .M ann18,19的有機無機界面分子識別理論。確定生物體中各種蛋白,特別是某些重要的微量基質(zhì)蛋白對礦化的控制作用是當(dāng)前生物礦化機理研究的一個重要問題。隨著研究的深入以及分子生物學(xué)家的加入,這一研究已經(jīng)從蛋白質(zhì)發(fā)展到細胞和基因的水平。生物礦化涉及到非常復(fù)雜的界面匹配和“分子識別”16問題,目前即使對最簡單的生物硬組織的詳細礦化過程也未完全了解。需要對自然界存在的大量生物組織進行廣泛深入的研究,揭示其結(jié)構(gòu)性能關(guān)系,并進一步從蛋白質(zhì)、細胞和基因的水平上去理解礦化控制機制。1.5仿生制備仿生制備是近年來新的研究課題。最早的嘗試是材料的成分仿生。天然硬組織很少由純的無機礦物構(gòu)建,幾乎所

17、有優(yōu)異的生物礦化材料都采取了有機分子調(diào)控?zé)o機相生長的策略。因此,生物材料專家開始考慮如何將性能完全不同的有機相與無機相結(jié)合起來,制備具有優(yōu)異力學(xué)性能,甚至具有天然材料分級結(jié)構(gòu)。仿生制備不僅僅是一個材料學(xué)問題,它的發(fā)展最終成為一個涉及分子生物學(xué)、細胞學(xué)、疾病醫(yī)學(xué)和組織工程材料學(xué)、化學(xué)、生物力學(xué)的新的交叉學(xué)科。文2022發(fā)表了骨的重構(gòu)與修復(fù)專輯,討論骨的細胞、分子生物學(xué)和組織工程構(gòu)建問題,以及如何進行骨骼疾病的治療。來自材料科學(xué)、生命科學(xué),以及醫(yī)學(xué)、化學(xué)、物理和其他工程學(xué)科的專家共同合作、協(xié)同攻關(guān)的現(xiàn)象已經(jīng)越來越普遍。1.6先進的制造裝配技術(shù)分子自組裝與人工合成生物材料相比,自然界廣泛存在的天然生

18、物材料常常具有人工材料無可比擬的優(yōu)越性能。83清華大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版2005,45(3例如:迄今為止再高明的材料學(xué)家也做不出具有高強度和高韌性的動物牙釉質(zhì),海洋生物能長出色彩斑斕、堅固又不被海水腐蝕的貝殼,天然骨具有高度復(fù)雜的多級結(jié)構(gòu)。圖4為象牙的分級結(jié)構(gòu)示意圖10 。圖4象牙的分級結(jié)構(gòu)示意圖事實上,漫長的生命演化過程可以看作是一個分子進化、分子自組裝進化和作為動植物機體的基石天然生物材料的長期選擇、更新和自我優(yōu)化的過程。因此,許多天然生物材料內(nèi)部結(jié)構(gòu)之精細,有機和無機分子間相互組裝所形成的多級結(jié)構(gòu)之巧妙,能在無機和有機兩種組分的性質(zhì)有極大差別的情況下組建出具有特定功能又非?？煽康慕缑?3。

19、如此等等,都是對當(dāng)今材料科學(xué)與工程的挑戰(zhàn)。目前已有一些學(xué)者采用分子自組裝方法仿生制備功能材料,圖5是模擬骨自組裝結(jié)構(gòu)的一個例子24。各行各業(yè)科學(xué)與技術(shù)的發(fā)展,迫切需要先進的制造裝配技術(shù),以獲得所設(shè)計的結(jié)構(gòu),從而得到特別調(diào)制的光、磁、化學(xué)及力學(xué)性能。但由于人們對微觀尺度上作用力認(rèn)識的局限性,要實現(xiàn)在原子、分子到納米及微觀、宏觀尺度上的精確控制和裝配,是當(dāng)前材料科學(xué)所面臨的一個巨大挑戰(zhàn)。1992年,H euer 等13位來自材料、化學(xué)、生物、醫(yī)學(xué)學(xué)科的科學(xué)家聯(lián)合提出了仿生制備新材料的思路25。他們認(rèn)為生物體經(jīng)過長期進化,演變出許多不同于無機晶體學(xué)特征的礦化系統(tǒng),這一生物礦化過程是一個天然存在的高度

20、控制過程,為材料科學(xué)相似的控制問題提供 了思路。圖5模擬骨結(jié)構(gòu),礦物相在由合成分子自組裝的纖維上生長2從材料仿生到材料智能化自組裝超分子材料在國際上剛剛興起,因為它的涉及面和應(yīng)用領(lǐng)域太廣,所以應(yīng)多探索它在某些方面真正取得應(yīng)用的可能性,特別是一些有重大應(yīng)用前景的方向。例如納米多孔T i O 2在太陽能電池中的應(yīng)用(圖6、納米多孔材料在生物技術(shù)和信息技術(shù)中的應(yīng)用等 26。圖6納米多孔Ti O 2在太陽能電池中的應(yīng)用自組裝就是近年來發(fā)展起來的借鑒于生物學(xué)現(xiàn)象及其原理的新科學(xué)領(lǐng)域,是一種普遍存在于生命體系中的現(xiàn)象。大量復(fù)雜的、具有生物學(xué)功能的超分子系統(tǒng)(蛋白質(zhì)、核酸、生物膜、脂質(zhì)體等正是通過分子自組裝

21、形成的。目前已有用生物分子將納米晶和納米管裝配起來的研究2730?？偟膩碚f,目前國際上關(guān)于自組裝方面的工作主要有3個基本類型:1以自組裝的單分子層(self 2assem b ly m ono layer 為代表的界面自組裝,包括SAM 、L 2B183馮慶玲:生物礦化與仿生材料的研究現(xiàn)狀及展望薄膜、L ISA以及軟印刷術(shù)等。2以親水疏水相互作用為主的三維超分子組裝體。令它們具有相連的位置,以便聚集起來形成更大的集合體,然后使這些集合體結(jié)晶或用來形成部分指定的片段。當(dāng)集合體能被設(shè)計出來聚集并形成特定的超分子結(jié)構(gòu)時,納米大小組織的控制即已達到最高水平。3主體客體模板組裝。應(yīng)當(dāng)著重指出的是DNA指

22、導(dǎo)下的組裝是一種有潛力的納米裝配。最新一代通過電場控制的活性DNA陣列(nanogen可能會用于納米制作。這些活性的微電子裝置能夠?qū)⑸锎蠓肿?DNA、RNA、p ro tein s、enzym es、納米尺度、細胞及微米尺度粒子輸運到裝置表面的實驗場所。當(dāng)DNA雜化反應(yīng)進行時,這些裝置能夠在電場下指導(dǎo)DNA分子在芯片的特殊位點上自組裝。這部分研究正逐漸成為自組裝領(lǐng)域的熱門課題。隨著生命科學(xué)的發(fā)展,人們對生物體的認(rèn)識進一步深化。生物體中細胞能分泌出特有的細胞外基質(zhì)。它們是蛋白質(zhì)和糖胺聚糖構(gòu)建的物理、化學(xué)交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)。細胞與細胞外物質(zhì)組成一個物質(zhì)、能量和信息傳遞的開放體系,構(gòu)成要素間存在多重相互作用

23、。人們發(fā)現(xiàn)了一種新的功能,即對環(huán)境刺激的高度非線性響應(yīng)。這種響應(yīng)性源于相互作用的高度協(xié)同。深入了解生物大分子的協(xié)同相互作用,模仿其協(xié)同行為來構(gòu)思生物醫(yī)用材料,可使材料具有所期望的宿主響應(yīng),即實現(xiàn)智能化。材料作為生物醫(yī)用的重要價值早已為人所知。但是過去的生物醫(yī)用材料可以說是被動式的,例如人工骨絕大部分都是選用現(xiàn)成的材料(金屬、陶瓷、高分子植入人體內(nèi)的,其原始用途并不是專為醫(yī)用開發(fā)的。20世紀(jì)80年代末提出的組織工程(tissue engineering將現(xiàn)代生物醫(yī)用材料發(fā)展到一種全新的層次,它是專門為醫(yī)用而設(shè)計和研制的,又是以生物降解為基礎(chǔ),具有從納米到宏觀的分級結(jié)構(gòu),而且常常要嫁入生長因子和細

24、胞繁殖。從根本上來講,這些材料的成分、性質(zhì)、結(jié)構(gòu)都是全新的,從微觀開始就實現(xiàn)了材料和生物兩個學(xué)科的結(jié)合。目前組織工程不但在生物硬組織,而且在皮膚、神經(jīng)、血管等多種軟組織,甚至某些生物器官方面取得長足進展。近年來,除材料與細胞、生長因子結(jié)合外,更發(fā)展到材料與DNA的結(jié)合。生物醫(yī)用材料對社會和人類帶來的巨大貢獻和對人民生活健康的重要意義是不言而喻的。它所帶來的巨大經(jīng)濟產(chǎn)業(yè)已經(jīng)占了很重要的地位。從另一角度,生命科學(xué)的快速發(fā)展對材料科學(xué)也帶來巨大的啟發(fā)和推動。生物是最好的材料設(shè)計師,是最好的材料加工廠。生物采用最普通的原料(C、H、O、Ca、P等,在室溫下,以“自下而上”(bo ttom2up的自組裝

25、方式把一個個分子組成了多級別的超分子結(jié)構(gòu)。不論在結(jié)構(gòu)、制備方式或是使用性能上都是非常完善的,其間的奧妙遠遠沒有被人揭示出來。1988年人們發(fā)明了自組裝單層分子膜技術(shù)(SAM,它構(gòu)成了以有機高分子為模板并在其上形成無機化合物結(jié)晶的有機和無機鏈接方式16。在這基礎(chǔ)上1992年出現(xiàn)了一種新型的多孔材料M C M241。它的孔隙可調(diào),處于幾個納米至上百納米之間,和過去多孔的天然分子篩大不相同。10年來,介孔材料迅速發(fā)展,層出不窮3134。它可以提供巨大的比表面(如100m2 g,在催化、吸附、過濾、量子效應(yīng)以及量子限效應(yīng)等研究領(lǐng)域有許多新的發(fā)現(xiàn)。由這些新的發(fā)現(xiàn)得到多種“雜化材料”以及多種可控的“顯微印

26、刷”圖案,有可能對環(huán)保、能源、信息儲存及微成型技術(shù)帶來新的途徑。介孔材料以簡便的自組裝技術(shù)、低廉的投入和大面積的成型在納米材料和納米技術(shù)的發(fā)展中另樹一幟。這是當(dāng)代材料科技領(lǐng)域發(fā)展中的一個重要的前沿和熱點。此外,人們利用DNA的單鏈接上納米金屬微粒和另外一些單鏈金屬微?？山M裝成金屬顆粒的陣列或“導(dǎo)線”。利用DNA技術(shù),人們希望從羊奶中“克隆”出蜘蛛絲來,做成“生物鋼”。這是美國陸軍和空軍投入大量資金的一個重點項目,已初步得到羊奶中的蜘蛛絲蛋白。3展望近年來,越來越多的科學(xué)家預(yù)言未來科學(xué)的最驚人的進展應(yīng)發(fā)生在材料科學(xué)、生物科學(xué)、化學(xué)的交叉領(lǐng)域上。因此,有關(guān)生物材料的研究不僅將為材料科學(xué)中諸多重要領(lǐng)

27、域(如材料的設(shè)計和制備、材料的結(jié)構(gòu)和功能以及材料的表面和界面科學(xué)等的新材料、新理論的產(chǎn)生提供極為重要的啟示,而且亦將對生命科學(xué)的前沿結(jié)構(gòu)生物學(xué),對信息科學(xué)中的重要熱點生物控制論,對近代化學(xué)中的分子工程學(xué)等諸多前沿領(lǐng)域的基礎(chǔ)研究的進一步深入和發(fā)展起到重要的促進和推動作用。參考文獻(References1D rexler K E.Building mo lecular m ach ine system sJ.T rend s B iotechnolog y,1999,17(1:57.2Ball P.Science in cultureJ.N atu re,2000,407(6805:676678.

28、283清華大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版2005,45(3馮慶玲: 生物礦化與仿生材料的研究現(xiàn)狀及展望 3 Ball P. 4 A ddadi 755. 5 A izenberg J , B lack A J , W h itesides G M. Con tro l of crystal N a tu re, 1999, 398 (6727 : 495 383 2001, 19 M ann S, H eyw ood B R , R ajam S, N a tu re, 1988, 334 (6205 : 692 L ifes lesson s in design J . 416. S. L, W ei

29、ner N a tu re, et al . Con t ro lled 409 (6818 : 413 crystallisation of CaCO 3 under stearic acid mono layers J . B iom ineralization C rystals, 698. 20 Rodan G A ,M artin T J. T herap eu t ic app roaches to bone asymm etry and life J . N a tu re, 2001, 411 (6839 : 753 d iseases J . S cience, 2000,

30、289 (5484 : 1508 1514. 21 T eitelbaum S L. Bone reso rp tion by o steoclasts J . S cience, 2000, 289 (5598 : 1504 1508. 22 D ucy P , Sch inke T , Karsen ty G. T he O steob last: A J . sop h isticated fib rob last under cen tral su rveillance S cience, 2000, 289 (5484 : 1501 1504. 6 D un in 2 rkow sk

31、 i R E, M cCartney M R , F rankel R B , et al Bo . ho lograp hy J . S cience, 1998, 282 (5395 : 1868 1870. 7 J . N a tu re, 2000, 405 (6790 : 1036 1040. 8 W haley S R , Eng lish D S, H u E L , et al . nanocrystal assem b ly J . N a tu re, 2000, 405 (6787 : 665 668. 9 M agnetic m icro structu re of m

32、 agneto tactic bacteria by electron Kam at S, Su X, Ballarin i R , et al Structu ral basis fo r the . fractu re toughness of the shell of the conch strom bu s g igas Selection of p ep tides w ith sem iconducto r b inding sp ecificity fo r directed W AN G K. B io log ical Ino rgan ic Chem istry M . B

33、eijing: T singhua U n iversity P ress, 1988. ( in Ch inese 2004. 10 崔福齋, 馮慶玲. 生物材料學(xué) M . 北京: 清華大學(xué)出版社, CU I Fuzhai, FEN G Q ingling. B iom aterials M . Beijing: T singhua U n iversity P ress, 2004. ( in Ch inese T raub W , W agner H D. J 11 W einer S, 12 L ich tenegger H C, Sch berl T , Bartl M H , et

34、 al H igh . ab rasion 389 resistance w ith sp arse m ineralization: Copp er b iom ineral in w o rm jaw s J . S cience, 2002, 298 (5592 : 392. D W. C rystallog raphy, D . M icro structu re, and 13 F rech N acre W ash ing ton, 1998. 14 Sm ith B L , Schaffer T E, V ian i M , et al M o lecu lar . m echa

35、n ist ic o rig in of the toughness of natu ral adhesives, fib res and com po sites J . N a tu re, 1999, 399 (6738 : 761 763. T kachenko A , W einer S, 822. et al . 15 A izenberg J , m icro len ses as part of the p ho to recep to r system in b rittlestars J . N a tu re, 2001, 412 (6849 : 819 16 M ann

36、 S. B iom ineralization M . O xfo rd: O xfo rd U n iversity P ress, 2001. 17 M at sunaga T , O kam u ra Y. Genes and p ro tein s invo lved in bacterial m agnetic p article fo rm ation J . R ev iew T rend s in 541. M icrobiolog y , 2003, 11 (11 : 536 nucleation by p atterned self 2assem b led m ono l

37、ayers J . 498. 23 M arin F, Co rstjen s P, de Gau lejac B , et al M ucin s and . m o llu scan calcification J . 24 Stupp S I, B raun P V. T he J ou rna l of B iolog ica l C hem istry , 2000, 275 (27 : 20667 20675. M o lecu lar m an ipu lation of m icro structu res: B iom aterials, ceram ics, and sem

38、 iconducto rs J . S cience, 1997, 277 (5330 : 1242 1248. 25 H euer A H , F ink D J , L araia V J , et al Innovat ive m aterials . p rocessings strategies: A b iom im etic app roach J . S cience, 1992, 255 (5048 : 1098 1105. 26 孫曉丹. 自組裝新型納米結(jié)構(gòu)氧化錳和氧化鈦的研究 D . 王夔. 生物無機化學(xué) M . 北京: 清華大學(xué)出版社, 1988 . 北京: 清華大學(xué),

39、 2004 . SU N X iaodan. Invest igation of N ano structu red M anganese O x ides and T itan ium B eijing: T singhua U n iversity, 2004. ( in Ch inese Self 2 ssem b led N ovel A D . J L am ellar bone: 1999, 18 M ann S. M o lecu1ar recogn ition in b iom ineralization J . N a tu re, 1988, 332 (6213 : 119 St ructu re2function relation s J . 126 (3 : 241 255. in R ed A balone S truct B iol, I p lication s fo r the Fo rm ation of the B iom ineralized System , m Seattle: U n iversity of Calcitic 124. 27 H artgerink J D , Ben iash E, Stupp S I Self 2assem b ly an