浅析生物矿化研究中现代仪器分析的运用

【摘要】

随着我国经济建设的高速发展，目前我国在生物矿化研究方面也开始加大了研究力度。在生物矿化的研究过程中，一种较好的方式就是使用现代仪器进行分析。通过现代仪器，就能够高效和准确的将生物矿化研究中的各项参数进行计算。文章讨论了在生物矿化研究的过程中应该如何采用现代仪器进行分析。

【关键词】

生物矿化；现代仪器；分析

人们对于生物矿化的研究已经从简单的有机无机间的叠层结构研究到了复杂的多级结构，从晶粒的有序排列研究到特定的晶面取向，从定性描述可溶性有机物质以及不可溶的有机框架研究到了基质氨基酸分子的蛋白质序列片段以及组分的解析，从有机和无机界面的天然有机模板对无机结构的指导作用研究到了人工组装的有机模板对于诱导产物进行的调控，尤其是目前进入到了分子水平的研究上，分析测试技术的进步也就显得特别重要了。在目前的情况下，由于研究的过程中往往需要对微观的生物矿化产物进行研究以及观察，因此传统的研究方式以及研究仪器已经显得十分不足。在这样的情况下，使用现代仪器来对生物矿化过程中的变化以及产物进行观察，能够更好的对生物矿化进行研究，也就能够更好的促进我国的科技发展以及经济发展。

一、现代仪器对于生物矿化研究过程中的意义

在进行升无框画的研究过程中，不可避免的需要研究宏观以及亚微观的物质。由于宏观以及亚微观高度有序的生物矿化产物在微观尺度以及宏观尺度上表现为结构以及成分的不均匀性，因此在实际的生物矿化研究过程中，往往是需要对微观结构以及微区的成分进行分析。但是如果采用传统手段以及使用传统仪器来进行研究，那么也就无法进行很好的观察和研究，因此研究的结果也无法达到要求。在这样的情况下，就需要使用现代仪器来对微观结构以及微区成分进行观察和分析，例如使用扫描隧道显微镜来对微观结构和微区成分进行观察，以便于观察超微形貌。根据相关文献的报道，通过扫描隧道显微镜就能够很好的分析出鱼耳石中碳酸钙微晶的堆砌形式、其中所包含的日轮线的形貌以及有机基质的分布。同时使用扫描隧道显微镜也能够观察几丁质丝蛋白的不可溶基质的结构特征。而另一种透射电镜能够进行材料内部的精细结构的表征，例如耳石中的有机基质在界面中的分布以及双层霰石畴的结构特征。在近年来的一些研究中，通过环境扫描电镜以及低温冰冻透射电镜就能够拓展电镜观察的范围。

二、如何使用现代仪器来对生物矿化的过程进行研究

（一）使用现代仪器对生物矿化过程研究的实例

在使用现代仪器来对生物矿化的过程进行研究的过程中，环境扫描电镜以及低温冰冻透射电镜的使用较为广泛。例如使用环境扫描电镜，就能够观察到含水样本，同时也能够让活体样本在没有经过任何处理就能够改变形貌观察，从而避免了在临界点干燥以及镀膜发生的改变，同时也能够避免了可溶性基质的流失。而且近年来发展起来的原子力显微镜技术能够给出原子水平上的结构信息，从而也就在生物矿化的过程中提供了相当多的应用。在具体使用原子力显微镜的过程中，可以讲结晶过程中的氨基酸分子对方解石热力学的影响以及对晶体长大方式的调控进行分析，在这样的情况下，如果使用传统的方式来进行研究，那么也就会造成光谱空间的分辨率达不到要求的情况，同时采用这样的方式，也能够得到无机物以及有机物分子的结构信息。而且如果采用显微拉曼光谱的方式来对彩色珍珠的微区进行相应的研究，能够发现有机物谱峰的强度会随着珍珠颜色的加深而进行逐渐的增加。

（二）X射线衍射技术进行生物矿化过程研究的方法

生物矿化的物种主相往往是一些结晶态的物质。同时不溶性有机支架的主要组分β几丁质也是层状的结构，通过X射线衍射技术就能够进行晶相鉴别和晶面取向研究，并且也是进行这一类研究的重要工具，而且使用X射线衍射技术的方式也能够模拟以及考察有机模板的组装方式对诱导碳酸钙结晶多形性的影响。在以往的研究过程中，就能够通过这样的方法来将β几丁质和丝蛋白缔合后层以及β几丁质之间的间距变化。对于碳酸钙高温相变的研究过程中，也能够采用X射线衍射技术的方式来进行动态的观测。

（三）傅里叶变换红外光谱法在生物矿化过程中研究的方法

生物矿化的过程中，矿化有机质的构象以及有机分子和无机离子在结合过程中的结合方式就能够决定有机物质对无机物质的调控方式。在此过程中，研究的主要方法是傅里叶变换红外光谱法，这种方法主要可以用于研究分子构象的过程。在以往的研究中，使用傅里叶反卷积技术，就能够分析出蛋白质酰胺I带得到壳蛋白结构的定量信息。不仅可以得到这些信息，在实际的研究过程中，通过质谱法来研究小肽以及钙离子的结合位点，通过研究，表明了氨基酸序列的排列方式是能够决定钙离子和生物蛋白的亲和力，也就能够在日后的结合过程中使用这一类的方法。而且不仅是通过傅里叶变换光谱法来进行研究，也能够通过各种色谱法来进行研究，通过色谱法的研究，也是可以鉴别生物矿物有机组分亲和力的。

三、结语

在我国经济发展的过程中，科技的作用十分重要。在这样的情况下，生物矿化过程中的各项研究也就需要着重注意。在进行生物矿化的过程中，由于生物矿化自身的原因，如果使用传统的方法进行研究，就无法进行很好地研究。因此就需要使用现代仪器，通过使用现代仪器来进行分析，就能够较好的分析生物矿化的过程，从而保证生物矿化的研究较好的进行。

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作者简介：

尹智春（1981.3-），男，山东烟台人，本科，山东省第三地质矿产勘察院岩矿测试工程师，研究方向：矿产开发化验。