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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 天然生物矿物13

1.2.1 贝壳的结构与高韧性13

1.2.2 骨17

1.2.3 牙19

1.2.4 象牙21

1.2.5 蛋壳22

1.2.6 棘皮动物25

1.3 天然生物矿物的形貌特征26

1.3.1 对称性破坏27

1.3.2 生长方向调节28

1.3.3 有机支架31

1.3.4 囊泡在硅藻和放射虫矿化中的作用32

1.3.5 多细胞生物33

1.3.6 讨论34

1.4 天然生物矿物的结构特征35

1.4.1 骨的分级结构36

1.4.2 预构建43

1.4.3 高度有序的自组装44

1.4.4 多级过程46

参考文献50

第2章 生物矿化中的结晶原理54

2.1 晶体生长基础55

2.1.1 结晶过程中的热力学56

2.1.2 成核57

2.1.3 成核动力学59

2.1.4 晶体生长动力学61

2.2 生物矿化的调控途径64

2.2.1 晶体与台阶的形貌65

2.2.2 生物矿化中的晶面识别66

2.2.3 生物矿化中的晶体生长68

2.3 界面能量控制73

2.3.1 界面能和晶体生长74

2.3.2 接触角和Young's公式76

2.3.3 界面能和生物结合界面77

2.4 纳米溶解79

2.4.1 溶解过程中的台阶行为81

2.4.2 纳米颗粒的稳定性84

参考文献85

第3章 有机基质调控生物矿化90

3.1 有机基体作为机械构架91

3.2 大分子和有机基质——一个普适的模型92

3.3 有机基质诱导成核94

3.3.1 界面处的分子识别96

3.3.2 静电积累——Ionotropic模型98

3.3.3 表面形貌100

3.3.4 结构匹配——几何模型100

3.3.5 立体化学模型103

3.4 有限反应空间中的化学合成104

3.4.1 合成囊泡104

3.4.2 人造铁蛋白106

3.4.3 细胞和细菌的组装110

3.4.4 聚合物多孔材料111

3.5 天然矿物中的有机基质114

3.5.1 骨中的有机基质114

3.5.2 牙釉质基质的主要蛋白118

3.5.3 贝壳珍珠层中的大分子基体121

3.6 体外模拟有机基质调控矿化123

3.6.1 晶体生长123

3.6.2 晶体生长的抑制124

3.6.3 晶体形貌126

3.6.4 多晶型132

3.7 有机模板上的取向形核136

3.7.1 LB膜136

3.7.2 SAMs139

3.8 人工合成碳酸钙晶体的晶型及形貌控制144

3.8.1 Mg2+离子作为添加剂144

3.8.2 有机小分子作为添加剂145

3.8.3 生物大分子作为添加剂146

3.8.4 微印法实现结晶位点控制148

3.8.5 纳米碳酸钙149

3.9 小结149

参考文献151

第4章 生物矿化的细胞调控157

4.1 引言157

4.2 矿化相关蛋白的细胞合成与分泌157

4.2.1 蛋白质的合成157

4.2.2 胶原的合成158

4.3 生物矿化中的细胞调控作用160

4.3.1 细胞分泌蛋白与生物矿化组织160

4.3.2 骨矿化过程中的细胞调控作用162

4.3.3 牙釉质矿化过程与细胞活动176

4.4 骨修复中的细胞调制矿化180

4.4.1 骨折愈合与骨重塑180

4.4.2 骨组织工程中的细胞调制矿化182

参考文献186

第5章 生物矿化与基因调控188

5.1 引言188

5.2 基因的生物功能189

5.2.1 基因表达及其特点189

5.2.2 基因表达的调节方式190

5.3 生物矿化中的基因调控作用191

5.3.1 骨矿化过程中的基因调控作用191

5.3.2 牙釉质矿化过程中的基因调控204

5.4 转基因动物技术与生物矿化216

5.4.1 转基因动物技术与骨矿化研究216

5.4.2 转基因动物技术与牙釉质矿化研究217

5.5 基因治疗与生物矿化221

5.5.1 基因治疗用于骨疾病222

5.5.2 骨缺损基因治疗222

5.6 基因模板在生物模拟矿化中的应用224

5.6.1 DNA模板纳米粒子自组装的典型结构225

5.6.2 DNA模板组装一维金属纳米线225

5.6.3 DNA模板自组装纳米颗粒二维及三维网络体系228

5.6.4 天然病毒DNA指导一维纳米材料的合成229

参考文献230

第6章 病理性矿化Ⅰ：与骨矿物代谢和血管钙化有关的生物矿化233

6.1 骨的病理性矿化233

6.1.1 去势大鼠骨基质的改变和非胶原蛋白在骨矿物形成中的作用234

6.1.2 长期低剂量喂镧大鼠的骨矿物相240

6.1.3 镧对体外培养的成骨细胞和破骨细胞的影响245

6.1.4 氧化胆固醇抑制骨髓基质细胞向成骨细胞分化248

6.2 血管钙化249

6.2.1 胆固醇诱导钙磷酸盐沉积：物理化学作用250

6.2.2 氧化胆固醇促进血管平滑肌细胞钙化252

6.2.3 凋亡小体促进钙磷酸盐沉积254

6.2.4 纤连蛋白促进血管平滑肌细胞钙化256

参考文献257

第7章 病理性矿化Ⅱ：结石与牙的病理矿化266

7.1 泌尿系结石266

7.1.1 草酸钙结石267

7.1.2 尿酸结石275

7.1.3 磷酸钙结石279

7.1.4 胱氨酸结石282

7.2 胆结石285

7.2.1 胆结石的基本理化性质和微观结构286

7.2.2 影响胆结石形成的因素289

7.2.3 对胆结石环状结构形成的体外模拟292

7.3 人体中的不常见结石293

7.3.1 胰腺结石294

7.3.2 支气管结石295

7.3.3 前列腺结石295

7.3.4 肠胃结石296

7.3.5 肺泡微结石296

7.3.6 鼻腔结石297

7.3.7 其他结石297

7.4 牙的病理矿化297

7.4.1 龋齿298

7.4.2 牙石300

参考文献303

第8章 植物体内的生物矿化310

8.1 植物体内的草酸钙311

8.1.1 植物体内的钙调节311

8.1.2 植物体内草酸钙的分布、形态、结构及其差异性312

8.1.3 异细胞和晶室313

8.1.4 植物体内钙和草酸的来源及转运315

8.1.5 草酸钙晶体形成的细胞调控316

8.1.6 高等植物中草酸钙结晶的研究进展317

8.2 植物体内硅的生物矿化318

8.2.1 植物体内的纳米结构SiO2沉积319

8.2.2 植物体内有机基质的作用319

8.2.3 硅在低等植物硅藻中的生物矿化320

8.2.4 高等植物体内硅的生物矿化322

8.3 植物体内生物矿化研究展望324

向人体内钙化学习——写在书后&王夔330