Handbook of Biomineralization pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:

作者:Epple, Matthias/ Bauerlein, Edmund/ Pompe, Wolfgang

出品人:

页数:424

译者:

出版时间:2009-10

价格:2231.00 元

装帧:

isbn号码:9783527318063

丛书系列:

图书标签:

• Biomineralization
• Biomaterials
• Materials Science
• Nanomaterials
• Mineralogy
• Geochemistry
• Biology
• Chemistry
• Crystallography
• Bone
• Shell
• Teeth

生物矿化之旅：自然界的雕塑家与生命物质的奥秘 从微观的细胞骨架到宏伟的地质构造，生物矿化——生命体利用有机体自身来合成和控制矿物质的过程——无处不在，深刻地影响着地球的演化和生命的形态。它不仅是生命体赖以生存和繁衍的基础，更是自然界鬼斧神工的艺术展现。本书将带领读者踏上一场深入探索生物矿化的奇妙旅程，揭示其背后的基本原理、广泛应用以及未来的无限可能。 第一章：生物矿化的基本概念与普适性 在本章，我们将首先为读者构建一个清晰的生物矿化概念框架。何为生物矿化？它与普通的矿物沉积有何本质区别？本书将深入剖析生物矿化的核心特征：生命的参与、有机基质的导向作用、以及矿物形成过程的高度可控性。我们将强调生物矿化并非孤立现象，而是贯穿于从微生物到高等生物，从软组织到硬组织的广泛生命现象。我们将探讨微生物如何利用生物矿化构建细胞外结构，植物如何通过矿化吸收和转运营养，以及动物如何合成坚硬的骨骼、牙齿、贝壳乃至珍珠。通过对这些不同尺度和类别的生物矿化案例的介绍，读者将深刻理解生物矿化在生命演化和生态系统中的普适性与重要性。 第二章：生物矿化中的有机基质：生命的蓝图 生物矿化的精髓在于有机基质的引导作用。本章将聚焦于这些“生命蓝图”，深入解析生物矿化过程中扮演关键角色的有机分子。我们将探讨蛋白质、多糖、脂质等生物大分子如何自组装形成三维支架，精确控制矿物晶体的成核、生长、形貌和排列。例如，在骨骼的形成中，胶原蛋白纤维构成了矿物沉积的微观网络，而非胶原蛋白则调控着羟基磷灰石晶体的生长方向和大小，最终赋予骨骼卓越的力学性能。在贝壳的形成中，壳蛋白不仅提供结构支撑，还能选择性地吸附和排列钙离子，引导方解石或霰石的有序生长。本书将通过分子结构分析、生物化学实验证据以及先进的成像技术，生动展示有机基质如何像一位技艺精湛的雕塑家，用生命物质雕琢出千姿百态的矿物形态。 第三章：生命体的矿物宝藏：结构与功能的协同演进 生物矿化产物是生命体适应环境、生存竞争的智慧结晶。本章将深入剖析各类生物矿化产物的结构特征及其与功能的协同演进。我们将从宏观到微观，细致考察骨骼、牙齿、角质、壳体、硅质骨针、碳酸钙骨板等多种生物矿化结构。我们会详细介绍这些结构的微观构造，例如骨骼的层状结构、牙釉质的柱状结构，以及这些结构如何赋予其特定的力学性能，如强度、韧性、耐磨性和抗压性。此外，我们还将探讨生物矿化在非结构功能中的作用，例如耳石在听觉和平衡中的作用，以及珍珠母的光学效应。通过对这些结构与功能的联系的深入剖析，读者将理解生物矿化是如何在生命演化的漫长过程中，通过精巧的结构设计，实现其在防御、运动、支撑、感知等方面的多样化功能。 第四章：生物矿化中的关键离子与环境因素 矿物质的形成离不开特定的离子来源和适宜的环境条件。本章将深入探讨生物矿化过程中关键离子的获取、转运和调控机制，以及环境因素对矿化过程的影响。我们将关注钙、磷、硅、铁等主要成矿元素的生物来源和生物化学转化途径。例如，生物体如何通过饮食摄取、主动转运以及骨骼的重塑来维持体内钙磷平衡。同时，我们将探讨pH值、温度、氧化还原电位等环境因素对矿化反应动力学和产物晶型的调控作用。特别地，我们将重点关注在特定环境下，如海洋、淡水、土壤以及极端环境（如深海热液喷口）中，生物矿化如何适应并演化出独特的策略。通过理解这些离子和环境的相互作用，读者将更全面地把握生物矿化过程的复杂性。 第五章：矿物晶体的艺术：形态、尺寸与晶向的精确调控 生物矿化最令人惊叹之处在于其对矿物晶体形态、尺寸和晶向的超凡控制能力。本章将聚焦于这些精细的调控机制，揭示生命体如何超越非生物过程的随机性，创造出结构有序、性能卓越的矿物材料。我们将深入研究生物矿化过程中存在的“模板效应”和“晶格匹配”原理，解析有机基质如何通过其特定的表面结构和化学性质，诱导特定晶面的优先生长，从而控制晶体的尺寸和形貌。例如，某些蛋白质能够诱导钙离子有序排列，从而引导方解石形成微小的球粒或片状结构。我们将介绍多种先进的表征技术，如透射电子显微镜（TEM）、原子力显微镜（AFM）和X射线衍射（XRD），用于揭示生物矿化产物的精细微观结构。通过这些深入的分析，读者将领略到生命体在分子层面塑造矿物质的非凡技艺。 第六章：生物矿化的进化动力学与多样性 生物矿化并非一成不变，而是随着生命演化而不断发展和分化的。本章将探讨生物矿化在漫长进化历史中的起源、发展及其产生的巨大多样性。我们将追溯生物矿化的可能起源，从早期生命的简单矿化活动，到复杂生物体硬组织的出现。我们将分析不同生命类群如何独立演化出多种多样的生物矿化系统，以及这些系统在不同进化路径上的分歧。例如，脊椎动物发展出骨骼系统，而无脊椎动物则演化出钙质外壳。我们将讨论环境变化、生态压力以及基因突变等因素如何驱动生物矿化的进化，使其能够适应不断变化的世界。通过理解生物矿化的进化动力学，读者将能更深刻地认识到生命适应性的强大力量。 第七章：生物矿化与地球化学循环 生物矿化不仅是生命体自身的活动，更与地球的化学循环紧密相连。本章将揭示生物矿化在全球物质循环中的关键作用。我们将探讨生物矿化产物如何参与碳酸盐、磷酸盐、硅酸盐等元素的循环，影响着海洋、大气和地壳的化学组成。例如，珊瑚礁的形成是全球碳酸盐循环的重要组成部分，而硅藻的硅质外壳则影响着硅的地球化学循环。我们将分析生物矿化在沉积岩形成中的作用，例如形成石灰岩、白云岩等。通过理解生物矿化与地球化学循环的相互作用，读者将认识到生命体不仅是地球环境的塑造者，也是地球物质循环不可或缺的驱动力。 第八章：生物矿化的技术应用与未来展望 生物矿化所展现出的精巧结构和卓越性能，为人类提供了丰富的灵感和宝贵的资源。本章将重点探讨生物矿化的技术应用及其广阔的未来发展前景。我们将介绍仿生材料的设计理念，如何借鉴生物矿化过程中有机基质与无机物的协同作用，开发出高性能的陶瓷、复合材料以及纳米材料。例如，仿骨骼材料在医学植入物和生物工程领域的应用，仿珍珠母的耐刮擦涂层，以及模仿硅藻外壳结构的传感器。此外，我们还将探讨生物矿化在环境保护、资源回收以及药物递送等领域的潜力。通过展望生物矿化的未来，读者将看到生命智慧如何引领新材料科学和技术的革命性突破。 结语 本书旨在通过系统性的梳理和深入的剖析，为读者勾勒出一幅全面而生动的生物矿化图景。从分子层面的精妙调控，到宏观世界的壮丽景观，从生命进化的奇迹，到地球物质的循环，生物矿化无处不在，深刻地塑造着我们所生活的世界。我们希望通过本书的阅读，读者能够对生命体的智慧产生由衷的敬畏，并从中汲取灵感，探索更多关于生命与物质的奥秘。生物矿化的世界，是一个永无止境的探索领域，等待着我们去发现更多的惊喜与可能。

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