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第1章 生物中的矿物1

1.1天然生物矿物的种类2

1.1.1碳酸钙3

1.1.2磷酸钙7

1.1.3氧化铁与硫化铁9

1.1.4硅石类12

1.2几种典型的天然生物矿物13

1.2.1贝壳的结构与高韧性13

1.2.2鱼耳石16

1.2.3骨19

1.2.4牙21

1.2.5病理结石23

1.2.6象牙24

1.2.7蛋壳25

1.2.8棘皮动物28

1.3天然生物矿物的形貌特征29

1.3.1对称性碳坏29

1.3.2生长方向调节31

1.3.3有机支架34

1.3.4囊泡在硅藻和放射虫矿化中的作用34

1.3.5多细胞生物35

1.3.6讨论36

1.4天然生物矿物的结构特征37

1.4.1分级结构38

1.4.2预构建46

1.4.3高度有序的自组装47

1.4.4多级过程49

参考文献53

第2章 生物矿化中的结晶原理58

2.1晶体生长基础59

2.1.1结晶过程中的热力学60

2.1.2成核61

2.1.3成核动力学63

2.1.4晶体生长动力学64

2.1.5纳米组装67

2.1.6前驱相和相转化70

2.2生物矿化的调控途径72

2.2.1晶体与台阶的形貌73

2.2.2生物矿化中的晶面识别74

2.2.3生物矿化中的晶体生长76

2.3界面能量控制81

2.3.1界面能和晶体生长82

2.3.2接触角和Young’s公式84

2.3.3界面能和生物结合界面85

2.3.4界面能和相转化87

2.3.5相转化动力学控制89

2.3.6晶体组装的控制92

2.4纳米溶解94

2.4.1溶解过程中的台阶行为95

2.4.2纳米颗粒的稳定性99

参考文献100

第3章 有机基质调控生物矿化108

3.1有机基体作为机械构架109

3.2大分子和有机基质——一个普适的模型110

3.3有机基质诱导成核111

3.3.1界面处的分子识别113

3.3.2静电积累116

3.3.3表面形貌117

3.3.4结构匹配——几何模型117

3.3.5立体化学模型120

3.4有限反应空间中的化学合成121

3.4.1囊泡121

3.4.2铁蛋白123

3.4.3细胞和细菌的组装125

3.4.4聚合物多孔材料127

3.5天然矿物中的有机基质129

3.5.1骨中的有机基质129

3.5.2牙釉质基质的主要蛋白133

3.5.3贝壳珍珠层中的大分子基体136

3.5.4淡水珍珠中的有机大分子138

3.5.5鱼耳石中的有机大分子139

3.6体外模拟有机基质调控矿化140

3.6.1晶体生长140

3.6.2晶体生长的抑制141

3.6.3晶体形貌142

3.6.4多晶型146

3.7有机模板上的取向形核148

3.7.1 LB膜149

3.7.2 SAMs151

3.8人工合成碳酸钙晶体的晶型及形貌控制154

3.8.1 Mg2+作为添加剂154

3.8.2有机小分子作为添加剂155

3.8.3生物大分子作为添加剂157

3.8.4微印法实现结晶位点控制159

3.8.5纳米碳酸钙160

3.9小结160

参考文献161

第4章 生物矿化的细胞调控168

4.1引言168

4.2矿化相关蛋白的细胞合成与分泌169

4.2.1蛋白质的合成169

4.2.2胶原的合成169

4.3生物矿化中的细胞调控作用173

4.3.1细胞分泌蛋白与生物矿化组织173

4.3.2骨矿化过程中的细胞调控作用174

4.3.3牙本质矿化过程与细胞活动189

4.3.4牙釉质矿化过程与细胞活动190

4.4骨修复中的细胞调制矿化194

4.4.1骨折愈合与骨重塑194

4.4.2骨组织工程中的细胞调制矿化195

参考文献200

第5章 生物矿化与基因调控202

5.1引言202

5.2基因的生物功能203

5.2.1基因表达及其特…点204

5.2.2基因表达的调节方式204

5.3生物矿化中的基因调控作用205

5.3.1骨矿化过程中的基因调控作用206

5.3.2牙釉质矿化过程中的基因调控220

5.4转基因动物技术与生物矿化232

5.4.1转基因动物技术与骨矿化研究233

5.4.2转基因动物技术与牙釉质矿化研究234

5.5基因治疗与生物矿化238

5.5.1基因治疗用于骨疾病239

5.5.2骨缺损基因治疗240

5.6基因模板在生物模拟矿化中的应用242

5.6.1 DNA模板纳米粒子自组装的典型结构242

5.6.2 DNA模板组装一维金属纳米线243

5.6.3 DNA模板自组装纳米颗粒二维及三维网络体系245

5.6.4天然病毒DNA指导一维纳米材料的合成247

参考文献248

第6章 牙釉质的发育及其生物矿化252

6.1牙釉质的发育过程252

6.2牙釉质矿化过程中的细胞外基质蛋白254

6.2.1釉原蛋白255

6.2.2成釉蛋白257

6.2.3釉蛋白259

6.3牙釉质基质蛋白调控生物矿化260

参考文献262

第7章 病理性矿化Ⅰ——与骨质减少和血管钙化有关的生物矿化265

7.1骨的病理性矿化265

7.1.1去势大鼠骨基质的改变：非胶原蛋白在骨矿物形成中的作用266

7.1.2长期低剂量喂镧大鼠的骨矿物相271

7.1.3外源性金属离子对骨相关细胞的影响273

7.1.4氧化胆固醇抑制骨髓基质细胞向成骨细胞分化275

7.2血管钙化275

7.2.1胆固醇诱导钙磷酸盐沉积：物理化学作用276

7.2.2血管平滑肌细胞的凋亡对钙化的贡献277

7.2.3血管平滑肌细胞的成骨样分化对钙化的贡献279

参考文献281

第8章 病理性矿化Ⅱ——结石与牙的病理矿化291

8.1泌尿系结石291

8.1.1草酸钙结石292

8.1.2尿酸结石300

8.1.3磷酸钙结石305

8.1.4胱氨酸结石308

8.2胆结石311

8.2.1胆结石的基本理化性质和微观结构312

8.2.2影响胆结石形成的因素315

8.2.3对胆结石环状结构形成的体外模拟319

8.3人体中的不常见结石320

8.3.1胰腺结石320

8.3.2支气管结石321

8.3.3前列腺结石321

8.3.4肠胃结石322

8.3.5肺泡微结石322

8.3.6鼻腔结石323

8.3.7其他结石323

8.4牙的病理矿化324

8.4.1龋齿324

8.4.2牙石326

8.4.3氟牙症327

参考文献329

第9章 光合生物体内的二氧化硅336

9.1硅的生物地质化学循环336

9.2生物硅化的起源和进化337

9.3硅化学和硅生物化学339

9.4硅化结构和功能关系343

参考文献344

向人体内钙化学习——写在书后350

索引357