鸡蛋蛋壳生物矿化和力学特性调控的研究进展

㊀第40卷㊀第11期2021年11月中国材料进展MATERIALS CHINAVol.40㊀No.11Nov.2021收稿日期:2020-02-23㊀㊀修回日期:2020-05-04基金项目:国家自然科学基金项目(81722015,81870805,81870787);陕西高校青年创新团队项目第一作者:王婉蓉,女,1992年生,医师秦㊀雯,女,1998年生,在读本科生(八年制)通讯作者:牛丽娜,女,1983年生,教授,博士生导师,Email:niulina831013@ 焦㊀凯,男,1982年生,副教授,博士生导师,Email:kjiao1@DOI :10.7502/j.issn.1674-3962.202002009细菌介导生物矿化的研究进展王婉蓉1,秦㊀雯1,顾俊婷1,郑秀丽1,唐笑怡2,焦㊀凯1,牛丽娜1(1.军事口腔医学国家重点实验室口腔疾病国家临床医学研究中心陕西省口腔医学重点实验室第四军医大学口腔医院修复科,陕西西安710032)(2.中国人民解放军联勤保障部队第九二ʻ医院(昆明医科大学教学医院),云南昆明650032)摘㊀要:生物矿物因其高度有序的结构和良好的机械性能成为诸多学科研究的热点㊂对细菌㊁真菌㊁病毒等微生物介导生物矿化的深入研究,不仅能使学者更加系统地认识生命演化过程,而且能为新材料的研发提供思路㊂其中,细菌诱导的矿化因其潜在的应用价值而深受研究者的青睐㊂首先介绍了细菌介导的钙化㊁硅化㊁铁矿化3种不同的生物矿化类型,其次讨论了细菌介导生物矿物形成的可能机制,最后阐述了生物矿物在环境㊁工业及医疗领域的应用,为进一步的生物矿化研究奠定基础㊂关键词:生物矿化;生物矿物;细菌;环境;工业;医药中图分类号:R783.1㊀㊀文献标志码:A㊀㊀文章编号:1674-3962(2021)11-0930-08Progress of Bacteria-Mediated BiomineralizationWANG Wanrong 1,QIN Wen 1,GU Junting 1,ZHENG Xiuli 1,TANG Xiaoyi 2,JIAO Kai 1,NIU Lina 1(1.State Key Laboratory of Military Stomatology &National Clinical Research Center for Oral Diseases &Shaanxi Key Laboratory of Stomatology &Department of Prosthodontics,School of Stomatology,The Fourth Military Medical University,Xi a n 710032,China)(2.Kunming Medical University,920th Hospital of Joint Logistics Support Force,Kunming 650032,China)Abstract :Biominerals have become hotspots in many disciplines due to their highly ordered structure and good mechanicalproperties.The research on microbe-mediated biomineralization can help us to understand the evolution process of life more systematically,and provide new ideas for the development of new materials.Among them,bacteria-mediated biomineraliza-tion is favored by researchers for its potential value.Firstly,this article introduces the processes of calcification,silicifica-tion and iron mineralization induced by bacterial.Then,we discuss the possible mechanisms for bacterial-mediated biologi-cal mineral formation.Finally,we describe the application of biominerals in the environmental,industrial,and medical fields.It is expected that this study may help the further development of biomineralization.Key words :biomineralization;biominerals;bacterial;environment;industry;medicine1㊀前㊀言生物矿化是指生物体通过蛋白质等生物大分子调控无机矿物形成的过程㊂在此过程中形成的具有纳米级结构的生物矿物,不仅具备极佳的强度和断裂韧性,也呈现出良好的生物相容性㊂迄今为止,已从生物中鉴定出60多种不同的矿物质㊂这些矿物对于自然界的物质循环起着重要作用[1]㊂细菌作为自然界最活跃的微生物之一,在生物矿物的形成中发挥着重要的作用㊂目前已经发现了大量由细菌介导生成的矿物,例如有研究发现嗜盐菌及枝芽孢菌可以促进白云石的形成;球形芽孢杆菌有助博看网 . All Rights Reserved.㊀第11期王婉蓉等:细菌介导生物矿化的研究进展于碳酸钙晶体的形成[2]㊂细菌介导的矿化与生命演变息息相关㊂在原始环境下最早出现的是原核生物矿化,这表明细菌-矿物相互作用是生命史早期的一个重要现象㊂这种相互作用对于古老地球环境的研究以及寻找其他行星表面生命都有着重大意义[3]㊂当外界环境转变至有利于矿化发生时,细菌通常有着多种不同的应答方式,例如通过形成生物膜避免被矿化或在保存细菌活性的前提下嵌入矿物中,甚至可在矿物形成过程中控制其形态㊂此种现象说明细菌的进化与周围环境的改变息息相关[4]㊂相比于化学合成的方式,细菌合成矿物不仅绿色经济环保,且操作较为方便,因此细菌介导的生物矿化在环境净化㊁工业生产和医药研究等领域的潜在应用已成为目前研究的热点㊂例如一些由微生物矿化引起的疾病有可能通过对细菌的干预进而治愈[5];由于生物矿物具有良好的生物相容性,因此可作为药物载体应用在肿瘤疾病的靶向治疗中[6];除此之外,可通过化学交联和基因编辑等方式修饰细菌蛋白,使生物矿物的形态和大小根据工业需要进行合成[7]㊂本文综述了细菌介导生物矿化的类型㊁作用机理及应用,为进一步的生物矿化研究提供参考㊂2㊀细菌介导生物矿化的类型2.1㊀钙化细菌介导的钙化存在于天然矿物和生物体内㊂研究发现好氧菌如Salinivibrio和Virgibacillus有助于MgCa-(CO3)2的形成,而MgCa(CO3)2被认为是天然矿物白云石的前体[8]㊂甲壳类动物㊁海洋生物㊁植物甚至人体组织均可见由细菌介导的钙化发生㊂甲壳类动物是指虾㊁蟹等有坚硬外壳保护的动物,其外壳由甲壳质㊁结合蛋白和碳酸钙构成,具有排泄㊁感知和保护的作用[9]㊂研究发现甲壳类动物Titanethes albus的钙体内存在大量细菌,且钙体的中心存在结晶晶核[10]㊂海绵是一种海洋无脊椎动物,体内存在多种钙化细菌,这些细菌可产生钙化小球覆盖在海绵表面,模拟外周骨骼结构,保护海绵免受外界的伤害,从而提高海绵存活率[9,11]㊂细菌介导的钙化也存在于人体组织中㊂有研究证实尿路结石的发生可能与假单胞菌㊁乳酸菌及肠杆科菌有关㊂细菌导致尿路结石产生的可能机制有以下3种:细菌选择性地聚集在草酸钙晶体上使钙盐增长变快;细菌释放柠檬酸裂解酶,降低尿液中柠檬酸水平的同时提高草酸盐浓度,从而导致尿液过饱和,致使结晶形成;细菌-晶体聚集体可与肾小管上皮结合,导致肾小管上皮或炎性细胞中结石基质蛋白的表达,从而形成结石[5]㊂细菌诱导的钙化也可发生在极端环境下㊂Planococcus halocryophilus Or1在-15ħ时可使调控碳酸钙矿化的碳酸酐酶表达升高,导致更多的碳酸钙沉积在细菌细胞膜中[12]㊂2.2㊀硅化除钙化之外,细菌亦参与了自然界的硅化过程㊂据报道,在ImawarìYeuta洞穴中发现的无定形二氧化硅是由丝状细菌蓝藻介导产生的㊂蓝藻的代谢产物使洞穴环境pH值升高,致岩石溶解㊂溶解产生的二氧化硅可在细菌细胞膜上以无定形的形式重新沉淀[13],形成管状及丝状的岩石结构㊂另外,蓝藻的硅化作用有助于化石在形成过程中保存完好的细胞结构,使考古学家可以获得更多有关古生物的生命信息[14]㊂2.3㊀铁矿化多种细菌都可介导产生四氧化三铁(Fe3O4)和硫化铁(Fe3S4㊁Fe1-x S㊁Fe9S8),其中趋磁细菌(magnetotactic bacteria,MTB)是目前研究的热点㊂MTB是一种能够沿着地球磁场运动或排列的原核生物[15]㊂目前已知的多数MTB属于α-蛋白菌㊁δ-蛋白菌㊁γ-蛋白菌和硝化螺菌类[16],均为革兰氏阴性细菌,有球形㊁弧形㊁杆形及螺旋形等多种形态㊂MTB中负责趋磁运动的细胞器是由细菌生物矿化合成的磁小体㊂磁小体由脂质双分子膜包裹的纳米级磁铁矿晶体构成[17],是淡水沉积物中的重要天然磁性元素㊂这些磁性纳米晶体具有粒度均一㊁纯度高㊁磁性强和生物相容性良好等特点㊂磁性纳米颗粒在自然界中发挥着重要作用㊂由于产生胶黄铁矿的MTB需要硫才能合成磁小体,因此胶黄铁矿被认为是地质历史上停滞缺氧状态(一种无氧状态,由于游离H2S水平升高而呈硫化物状态)的指标[18]㊂此外,在微生物的进化过程中,环境中氧气的出现给微生物带来了源于活性氧的毒性,而嗜热性嗜酸菌Sulfolobus solfa-taricus能够通过氧化作用将Fe2+氧化成Fe3+形成铁矿物,这可以认为是原始生命对于氧气环境的适应[19]㊂另外人体组织中的磁性纳米颗粒与众多疾病的发生发展有关㊂有研究在多种人体器官中均发现了磁性纳米颗粒的存在,其中小脑和脑干分布较多[20]㊂由于这些磁性颗粒与MTB 产生的晶体较为相似,因此被认为其来源为MTB㊂研究发现磁性氧化铁纳米颗粒在中枢神经系统细胞(尤其是星形胶质细胞)的过度积累可能导致正常的铁代谢紊乱,这是神经退行性疾病产生的一个标志性特征,但具体的机制有待于更进一步的研究[21]㊂3㊀细菌介导生物矿化的发生机制自然界的生物矿化可分为生物诱导矿化和生物控制矿化㊂生物诱导矿化是由生物的生理代谢活动引起环境139博看网 . All Rights Reserved.中国材料进展第40卷条件变化而发生的矿化,其中,生物不能直接控制沉淀物的产生位置或产生方式(图1a)㊂生物控制矿化是由生物的生理活动引起的,可产生高度有序的沉淀物,且沉淀物大小㊁质地和方向受生物体控制(图1b)[22]㊂图1㊀生物诱导矿化(a)和生物控制矿化(b)的示意图[22]Fig.1㊀Schematic representation of biologically induced mineralization (a)and biologically controlled mineralization (b)[22]㊀㊀根据发生位置的不同,细菌介导的矿化可分为细胞外矿化和细胞内矿化㊂细胞外矿化是指发生在细胞周围基质中的矿化㊂细胞可通过细胞膜上的蛋白质将阳离子泵出,或通过分泌含有阳离子的囊泡,介导周围基质的矿化㊂细胞内矿化则是指由细胞的代谢活动介导的胞内囊泡矿化㊂细胞内矿化的产物可以存在于细胞内(如MTB),也可以通过胞吐作用释放到胞外(如硅藻)㊂矿化的基本化学反应过程为羧基㊁磷酸基团㊁胺基和羟基等带负电荷的基团与金属阳离子结合,形成矿物㊂以钙化物羟基磷灰石(hydroxyapatite,HAP)为例,其基本的化学反应过程如下:10Ca(OH)2+6H 3PO 4ңCa 10(PO 4)6(OH)2+18H 2O3.1㊀细胞外矿化3.1.1㊀初始矿化细胞外矿化发生的首要条件是细菌周围有足够的可溶性离子㊂研究发现,细菌可通过多种不同机制增加可溶性离子的浓度,例如大肠杆菌在碱性磷酸酶的作用下可以释放磷酸根离子[23],浮生细菌可以通过分泌酸(羧酸㊁盐酸等)降低环境中的pH 值,从而溶解无机磷酸盐㊁增加可溶性离子[24]㊂初始矿化阶段可由经典结晶理论和非经典结晶理论来解释(图2)[25]㊂经典结晶理论认为,成核是相变的开始,这个过程是不可逆的㊂在细菌矿化过程中,成核位点位于胞外聚合物(extracellular polymeric substances,EPS)或细菌表面蛋白质上㊂EPS 由细菌分泌的大分子构成,包含了多糖㊁蛋白质㊁DNA㊁脂类等物质㊂由于EPS 中的大分子物质含有羧基㊁磷酸基团㊁胺基和羟基等带负电荷的基团,EPS 降解后,可与局部过饱和的阳离子相互结合引起矿物沉淀[26]㊂当成核位点位于细菌表面蛋白质上时,金属阳离子如铁离子可直接与细菌表面蛋白质中的羧基和羟基反应,通过金属氧化反应形成金属-蛋白质复合物[27]㊂图2㊀经典结晶理论及非经典结晶理论示意图[25]Fig.2㊀Schematic diagram of classical nucleation theory and non-classical nucleation theory [25]239博看网 . All Rights Reserved.㊀第11期王婉蓉等:细菌介导生物矿化的研究进展㊀㊀而非经典结晶理论认为晶体的形成是以粒子为媒介,由动力学控制的㊁与相分离无关的结晶过程㊂在溶液中首先形成具有弥散边界的无定形离子簇,称之为预成核簇(pre-nucleation clusters,PNC)㊂PNC是热力学稳定的聚集体,可存在于各种不饱和或超饱和溶液中[28]㊂接着,PNC聚集形成无定形矿物前体,在碳酸钙形成过程中的无定形矿化前体为无定形碳酸钙(amorphous calcium carbonate,ACC)[29],在磷酸钙形成过程中的无定形矿化前体为无定形磷酸钙(amorphous calcium phosphate, ACP)[30],继而无定形矿化前体失去结合水,经过固态转化结晶[31]㊂更进一步的研究认为,这种生物矿化过程发生在由特定蛋白质形成的水凝胶环境中,其特有的内部孔隙充当 有限体积的反应容器 ,可以促进无定形矿化前体的形成[32]㊂3.1.2㊀晶体生长晶体生长过程决定了最终晶体的大小和形态㊂和初始矿化相似,晶体生长也可以通过经典结晶理论和非经典结晶理论来解释㊂经典结晶理论认为,在高过饱和溶液中以成核为主,而在低过饱和溶液中晶体生长占主导地位[33]㊂在这一过程中依据的是奥斯瓦尔德现象,即在溶液过饱和的情况下,热力学能量驱动单个原子或分子沉积在成核部位,使材料有序排列生长成稳定的晶体结构㊂溶液中不同的添加剂和物理参数会导致每个单晶面的生长速率不同,从而形成形态各异㊁大小不一的晶体[34]㊂非经典结晶理论认为,矿化前体无定形碳酸钙或无定形磷酸钙通过定向附着形成介晶结构,继而在蛋白质的引导下组装聚集成为晶体结构㊂在此过程中,蛋白质发挥着重要作用㊂例如海胆脊椎基质蛋白SPSM50不仅可增强无定形矿化前体的稳定性,而且以介晶结构的形式诱导了晶体的定向生长[35]㊂3.2㊀细胞内矿化细胞内矿化是指用于细胞内矿化的离子在转运蛋白的作用下被富集至囊泡中,继而发生矿化[36]㊂细胞内矿化与细胞外矿化最大的不同在于有囊泡的参与㊂在此过程中,囊泡膜上的蛋白质以及囊泡内的蛋白质不仅为矿化提供成核位点,也形成了一个 有限体积 以实现蛋白质等分子的集中,称为分子拥挤(molecular crowding)㊂在结晶发生前,一些分子(如聚乙二醇)会抑制矿物前体的形成和自我聚集;在结晶发生时另一些大分子(如牛血清白蛋白)则会促进矿化前体的聚集[37]㊂这一过程也是仿生矿化中的研究热点㊂MTB诱导的铁矿化是细胞内矿化的典型代表㊂其在磁小体内产生纳米级别铁磁性颗粒的可能机制如下(图3)[38]:首先细胞质膜(图3a)内陷形成囊泡(图3b),其次转铁蛋白将铁离子(经细胞)转运到囊泡中㊂包裹Fe2+图3㊀磁小体的形成过程[38]Fig.3㊀The formation process of magnetosomes[38]339博看网 . All Rights Reserved.中国材料进展第40卷的囊泡与细胞骨架接触时,Fe2+氧化成为Fe3+,膜上的蛋白质启动成核,并且调控囊泡内矿化形成磁铁矿晶体(图3c),称之为磁小体㊂磁小体膜上的蛋白质可与肌动蛋白相互作用,使磁小体成链状排列(图3d)㊂随后,在细胞分裂过程中细胞壁通过弯曲磁小体链减少磁力,促进磁小体均匀地分离到子细胞中(图3e和3f)㊂研究表明,MTB基因组上有一段特殊的区域,称为磁小体岛(图3g),该基因岛与磁小体的形成密切相关㊂相关基因如mms及mam家族可调控铁磁性颗粒的形状和大小[39]㊂另有研究发现,磁小体内铁磁性颗粒的形态可能与MTB 的来源有一定的关联㊂例如来自α-蛋白菌和γ-蛋白菌菌属的MTB常产生各向同性生长的八面体棱柱形的铁磁矿,而硝化螺菌菌属的MTB常产生各向异性生长的子弹型铁磁矿[40]㊂4㊀细菌介导生物矿化的应用4.1㊀环境应用随着工业化的快速发展,大量的有毒金属及放射性核素被排放至环境中,对人类健康造成了极大的威胁㊂如何快速有效地回收环境中的污染物是学者们亟需解决的问题㊂随着细菌介导矿化研究的进一步深入,有学者提出可通过耐重金属细菌诱导有毒金属矿化来回收环境中的锶㊁镍㊁铬㊁铅㊁铀㊁镉等有毒金属,改善环境质量[41]㊂虽然高浓度的金属离子可导致多数细菌核酸紊乱及渗透压失衡,但对于这些损伤,细菌已进化出了精妙的抗重金属机制,如金属离子的跨膜运输㊁形成胞内外沉淀㊁与胞内金属硫蛋白的螯合作用等均可将有毒金属离子转化为无毒或毒性较小的物质(图4)[42]㊂由于细菌的大部分抗重金属基因位于质粒上,因此可通过基因操作得到基因编辑细菌,从而用于生物修复[43]㊂例如,研究发现趋磁细菌UPB-MAG05菌株对重金属镉具有高度耐受性,可介导污染水源中镉的矿化沉积,继而在外界磁场的作用下通过磁分离去除,从而净化水质[44]㊂磷酸盐增溶芽孢杆菌可分解含磷酸盐的有机化合物,在其细胞表面产生磷酸盐基团,并与铅离子沉淀为稳定的Pb3(PO4)2,从而达到清除铅离子的目的[45]㊂相较于传统的物理化学修复方法,通过细菌矿化重金属修复污染环境的方法具有成本低廉㊁后期处理简单等优点,但细菌矿化重金属的长期有效性尚未得到证明,已经结合的重金属在环境变化的条件下可能重新活化,回到环境中㊂图4㊀细菌抗多种有毒金属的机制[42]Fig.4㊀The mechanism of bacterial resistance to toxic metals[42]4.2㊀工业应用细菌介导的矿化也可以用于电化学领域的能源存储㊂研究发现铁氧化细菌Acidovorax可介导γ-FeOOH发生矿化,形成保留细菌大小和形状的α-Fe2O3纳米晶体㊂α-Fe2O3纳米晶体组装形成中空多孔的壳,导电性强,在与锂反应时有更强的电化学可逆性㊂此种生成纳米晶体的方法不仅具有生态友好性,也可实现工业上的规模化生产[46]㊂由电化学活性细菌Shewanella oneidensis介导合成的高度分散的钯金合金纳米粒子可用作液体燃料电池的电催化剂[47]㊂研究发现,通过基因技术使大肠杆菌表面表达硅藻silaffin蛋白的重复片段,其调控合成的纳米二氧化钛锐钛矿具有出色的锂储存性能,可用作锂离子电池的阳极[48]㊂混凝土是目前广泛使用的建筑材料,但随着时间的流逝,混凝土内部产生的裂缝会降低建筑结构的机械性能,缩短建筑物使用年限㊂有研究提出可在混凝土中加入能够介导碳酸盐沉淀的细菌,其产生的碳酸钙可增强混凝土对氯离子和渗透水的抵抗力,提高混凝土耐久性439博看网 . All Rights Reserved.㊀第11期王婉蓉等:细菌介导生物矿化的研究进展和强度;同时碳酸钙可填补裂缝,形成自修复混凝土,增加建筑的使用寿命(图5)[49]㊂研究证实,当初始裂缝宽度不大于0.5mm 时,使用自修复混凝土时大部分裂缝可完全愈合[47]㊂但由于混凝土由硅酸盐水泥制成,水化后可产生氢氧化钙,使混凝土呈强碱性,且混凝土基质中的孔隙尺寸小于1μm,而细菌的大小为1~4μm,这些条件都不利于细菌存活[50]㊂因此如何提高细菌在混凝土基质中的生存能力是目前的研究热点㊂有学者提出可使用微胶囊技术来保护细菌,使细菌在合适的环境下介导碳酸盐沉淀[51]㊂图5㊀通过细菌诱导碳酸钙沉淀修复混凝土开裂的示意图[49]Fig.5㊀Schematic of bacteria induced calcium carbonate precipitation to repair concrete cracking [49]4.3㊀生物医学应用4.3.1㊀医疗成像设备和诊断磁共振成像(magnetic resonance imaging,MRI)技术由于具有良好的空间分辨率和软组织对比度,是临床上常用的影像检查手段之一㊂研究发现MTB 产生的磁性纳米颗粒具有较强磁性,可作为造影剂增强组织中质子共振吸收,使局部组织图像得到增强,从而提高检查的灵敏度和特异性[52]㊂除增强成像对比度之外,功能化的磁性纳米颗粒芯片还可用于食源性病原物的检测,如大肠杆菌㊁霍乱弧菌㊁空肠弯曲菌㊁金黄色葡萄球菌等[53]㊂如图6所示,趋磁细菌MO-1功能化之后可与金黄色葡萄球菌表面的A 蛋白结合,从而实现靶向功能[54]㊂目前可以通过化学修饰和基因工程的方法生产功能化磁小体㊂化学修饰作用于磁小体中的Mam㊁Mms 等蛋白上,有以下结合方式:①通过磁小体膜上的氨基或羧基进行功能化修饰,例如经肽P75修饰的磁小体可与人表皮生长因子受体和上皮生长因子受体2结合[55];②使用葡萄球菌蛋白A 用作融合标签,葡萄球菌蛋白A 作为一种免疫球蛋白G 结合蛋白,可与MamC㊁MamF 以及免疫球蛋白Fc 区结合,从而介导磁小体-葡萄球菌蛋白A 复合物与抗体结合[56];③利用磁小体膜上的 NH 2基团与抗体的 NH 2或 SH 基团之间的反应进行化学修饰;④用生物素/链霉亲和素进行修饰;⑤利用正负电荷之间的相互作用进行修饰,磁小体膜上的磷脂带有负电荷,可与带正电荷的抗癌重组质粒热激蛋白㊁70-polo 样激酶1短发夹RNA 以及阿霉素结合[57]㊂另外还可通过基因工程改造对磁小体进行功能化修图6㊀趋磁细菌靶向金黄色葡萄球菌的微机器人系统的构建[54]Fig.6㊀Construction of a microrobot system using magnetotactic bacteria for targeting Staphylococcus aureus [54]539博看网 . All Rights Reserved.中国材料进展第40卷饰㊂将表达功能蛋白的基因与mms16,mam13等膜蛋白基因融合,再将融合基因转移到MTB中,从而可实现目标蛋白的表达㊂例如,将磁小体和翡翠绿色荧光蛋白(EmGFP)或生物素修饰的烟草花叶病毒(tobacco mosaic virus,TMV)共同培养,可生成表达这些蛋白的磁性纳米链[58]㊂由于化学修饰可能引入有毒物质,且在MTB中引入外来活性蛋白质的基因的操作比较复杂,因此最近的研究中提出了一种新的修饰方法㊂首先通过基因技术在大肠肝菌中表达与磁小体MamC蛋白融合的抗人表皮生长因子受体2(human epidermal growth factor receptor-2, HER2),然后去除磁小体膜中的磷脂双层中的膜蛋白,以利于从大肠肝菌中提取的基因工程产物抗HER2与磁小体上的MamC蛋白结合,从而实现HER2阳性乳腺癌在磁共振成像中的检测[59]㊂这种技术有望成为无创检测肿瘤的手段,具有较大的临床应用价值㊂4.3.2㊀抗肿瘤方法高温疗法可通过多种机制作用于癌细胞上使其变性坏死,但目前该疗法缺乏特异性,难以区分健康细胞与癌细胞㊂遂有研究提出 生物靶向磁性热疗 的概念,意为在外源交变磁场的作用下加热磁性颗粒,由于磁滞损耗或松弛损耗产生不同程度的升温现象,可在磁性颗粒聚集的地方选择性地抑制癌细胞增殖[60]㊂由MTB产生的磁小体由于磁性较强,可在交变磁场中产生较大的热量;同时由于磁小体呈链状排列,不易聚集,可使肿瘤细胞均匀升温,有效抑制其增殖[61],因此磁小体在磁热疗领域有较大的应用前景㊂研究表明,聚赖氨酸包裹的磁小体具有更好的生物相容性,在胶质母细胞瘤小鼠模型的实验性磁热疗中,可显著抑制肿瘤细胞的生长[6]㊂但是到目前为止,多数关于磁小体抗肿瘤治疗的研究都是使用肿瘤细胞株进行实验的,未进行动物实验研究或人类临床试验,因此磁小体的临床抗肿瘤能力还需进一步验证㊂4.3.3㊀药物输送系统靶向给药是指将药物选择性地传输定位于病变位置,从而发挥药理作用的给药方式㊂在肿瘤微环境中,由于细胞的大量增殖消耗氧气,肿瘤组织周围氧气缺乏㊂目前使用的纳米药物载体,如脂质体㊁胶束㊁聚合物纳米颗粒难以到达缺氧区域,靶向率低㊂而MTB适合厌氧生长,故目前有研究通过MTB和磁小体构建纳米机器人,在外磁场的作用下,纳米机器人可聚集于病变部位,提高病变部位的药物浓度,改善治疗效果[62]㊂例如,将载有药物的纳米脂质体交联至海洋趋磁细菌MC-1表面,并将其注射到实验小鼠的肿瘤组织周围,在外磁场的作用下,有高达55%的MC-1细胞渗透到肿瘤缺氧区[63]㊂5㊀结㊀语综上所述,相比于物理和化学合成方法,细菌介导生成的矿物在环境㊁工业及生物医学领域均发挥着重要的作用㊂虽然目前对细菌介导的生物矿化的研究已经取得部分进展,但仍有许多关键的科学问题亟待解决㊂由于多数细菌介导矿物生成的实验室培养条件并不适宜工业化生产,所以如何将实验室阶段的科学成果转化为可规模化生产的具体技术是限制其应用的关键瓶颈㊂其次,虽然纳米机器人在肿瘤治疗领域有较大的应用前景,但人体免疫系统对其会有如何反应目前尚不完全清楚[64]㊂为了实现细菌介导生物矿化的大规模应用,还需进一步地研究以解决上述问题㊂参考文献㊀References[1]㊀ALSENZ H,ILLNER P,ASHCKENAZI-POLIVODA S,et al.Geo-chemical Transactions[J],2015,16(1):2.[2]㊀DHAMI N K,REDDY M S,MUKHERJEE A.Frontiers in Microbiolo-gy[J],2014,5:304.[3]㊀PERRY R S,MCLOUGHLIN N,LYNNE B Y,et al.Sedimentary Ge-ology[J],2007,201(1/2):157-179.[4]㊀PETERS S E,GAINES R R.Nature[J],2012,484(7394):363-366.[5]㊀SCHWADERER A L,WOLFE A J.Annals of Translational Medicine[J],2017,5(2):32-37.[6]㊀LE FÈVRE R,DURAND-DUBIEF M,CHEBBI I,et al.Theranostics[J],2017,7(18):4618-4631.[7]㊀LOHßE A,KOLINKO I,RASCHDORF O,et al.Applied and Envi-ronmental Microbiology[J],2016,82(10):3032-3041. [8]㊀AL DISI Z A,JAOUA S,BONTOGNALI T R,et al.Frontiers in En-vironmental Science[J],2017,5:1.[9]㊀BENTOV S,ABEHSERA S,SAGI A.The Mineralized Exoskeletons ofCrustaceans[M]//COHEN E,MOUSSIAN B.Extracellular Composite Matrices in Arthropods.Cham:Springer International Publishing, 2016:137-163.[10]VITTORI M,ŽNIDARŠI N,ŽAGAR K,et al.Journal of Structural Biology[J],2012,180(1):216-225.[11]URIZ M J,AGELL G,BLANQUER A,et al.Evolution[J],2012,66(10):2993-2999.[12]MYKYTCZUK N,LAWRENCE J R,OMELON C R,et al.Polar Biol-ogy[J],2016,39(4):701-712.[13]SAURO F,CAPPELLETTI M,GHEZZI D,et al.Scientific Reports[J],2018,8(1):17569.[14]KREMER B,KAZMIERCZAK J,LUKOMSKA-KOWALCZYK M,etal.Astrobiology[J],2012,12(6):535-548.[15]CHEN Y R,ZHANG W Y,ZHOU K,et al.Environmental Microbiol-ogy Reports[J],2016,8(2):218-226.639博看网 . All Rights Reserved.。

《优质鸡蛋生产的营养调控关键技术研究与应用》1. 引言优质鸡蛋一直以来都备受消费者追捧，它不仅是营养丰富的食物，而且对人体健康有着重要的作用。

然而，要生产出真正优质的鸡蛋并非易事，需要运用先进的技术和科学的管理方法。

本文将从营养调控的关键技术角度深入探讨优质鸡蛋生产的相关研究与应用。

2. 鸡蛋营养成分分析在探讨优质鸡蛋生产的关键技术之前，我们首先需要了解鸡蛋的营养成分。

鸡蛋含有丰富的蛋白质、脂肪、维生素和矿物质，其中蛋白质是其最为重要的营养成分之一。

鸡蛋蛋黄中还富含卵磷脂、胆固醇和胡萝卜素等营养物质，这些成分对人体健康具有重要意义。

3. 饲料营养配方优化优质饲料是生产高品质鸡蛋的基础，饲料中的营养成分直接影响着鸡蛋的质量。

饲料营养配方的优化是提高鸡蛋品质的关键技术之一。

科学家们通过对不同饲料原料的营养成分进行分析和评估，结合鸡只生长发育的需要，不断改进饲料配方，并在实际生产中进行验证，以确保饲料中的营养成分能够满足鸡只生长和鸡蛋产量的要求。

4. 环境控制与管理除了饲料营养配方的优化外，优质鸡蛋生产还需要合理的环境控制与管理。

包括温度、湿度、光照等方面的调控，这些因素影响着鸡只的生长发育和产蛋质量。

合理的环境控制和管理能够提高鸡只的抗病能力和产蛋率，从而保证鸡蛋的品质。

5. 营养调控与鸡蛋品质优质鸡蛋的生产需要通过对营养成分的调控来实现。

科学家们在饲料中添加了丰富的营养素，如氨基酸、维生素和矿物质等，以提高鸡蛋中蛋白质含量和品质。

针对不同市场需求，可以通过调整饲料中脂肪和胆固醇等成分的含量，来生产出符合消费者需求的优质鸡蛋。

6. 结论与展望优质鸡蛋的生产离不开营养调控的关键技术。

通过优化饲料配方、合理的环境控制与管理以及营养素的调控，可以生产出营养丰富、品质优良的鸡蛋，满足市场和消费者的需求。

未来，随着科技的不断发展，相信会有更多的创新技术应用到鸡蛋生产中，为人类带来更多健康、美味的优质鸡蛋。

个人观点作为一名饲料营养学的研究者，我深知营养调控对鸡蛋品质的重要性。

2024年《蛋壳的秘密》大班优秀科学教案一、教学目标1.了解蛋壳的组成和特点，认识蛋壳的坚硬与脆弱。

2.通过实验，探究蛋壳的秘密，激发对科学探索的兴趣。

3.培养观察、分析、合作、表达的能力。

二、教学重点1.认识蛋壳的组成和特点。

2.探究蛋壳的秘密。

三、教学难点1.蛋壳的坚硬与脆弱的关系。

2.实验过程中的观察与分析。

四、教学准备1.教具：鸡蛋、玻璃杯、醋、小苏打、勺子、放大镜、镊子。

2.学具：每组一套实验材料（鸡蛋、玻璃杯、醋、小苏打、勺子、放大镜、镊子）。

五、教学过程（一）导入1.教师出示鸡蛋，引导学生观察蛋壳的颜色、形状。

2.学生分享观察到的蛋壳特点。

（二）新课1.蛋壳的组成a.教师简要介绍蛋壳的组成。

b.学生通过触摸、观察，感受蛋壳的质地。

c.学生分享观察到的蛋壳质地特点。

2.蛋壳的秘密a.教师出示实验材料，引导学生预测蛋壳与醋的反应。

b.学生分组进行实验，观察蛋壳与醋的反应。

c.学生记录实验结果，分析蛋壳的秘密。

3.蛋壳的坚硬与脆弱a.教师出示实验材料，引导学生预测蛋壳的坚硬与脆弱程度。

b.学生分组进行实验，观察蛋壳在不同条件下的坚硬与脆弱程度。

c.学生记录实验结果，分析蛋壳的坚硬与脆弱原因。

（三）巩固1.学生分组进行实验，验证蛋壳的秘密。

2.学生记录实验结果，分享实验过程与感受。

1.教师引导学生回顾本节课的学习内容。

2.学生分享学习心得与收获。

六、课后作业1.学生回家后，与家长一起进行蛋壳实验，观察蛋壳的秘密。

2.学生将实验过程与结果以绘画或文字形式记录下来，下节课分享。

七、教学反思本节课通过引导学生观察、实验、分析，让学生深入了解蛋壳的组成、特点以及蛋壳的秘密。

在教学过程中，注重培养学生的观察、分析、合作、表达能力，激发学生对科学的兴趣。

课后作业的设置，有助于学生将所学知识运用到实际生活中，增强学生的实践能力。

总体来说，本节课达到了预期的教学效果。

重难点补充：1.蛋壳的坚硬与脆弱的关系补充对话：教师：“同学们，你们觉得蛋壳为什么既能保护里面的宝宝，又那么容易碎呢？”学生：“因为它既硬又脆。

鸡蛋蛋壳品质营养调控关键技术创新鸡蛋是人们日常生活中非常常见并且重要的食品之一，蛋壳是鸡蛋的保护壳，具有很高的强度和抗击破性能。

传统上，蛋壳被认为是一种不可食用的废弃物。

然而，近年来，随着人们对营养和环保的关注，对蛋壳的利用价值被重新认识和发掘。

蛋壳含有丰富的蛋白质、钙、磷等营养成分，可以用于食品、医药、化学工业的生产。

本文将重点介绍鸡蛋蛋壳品质和营养的调控关键技术创新。

首先，鸡蛋蛋壳品质的关键技术创新主要涉及蛋壳温度和湿度的调控。

蛋壳品质的好坏主要取决于蛋壳的硬度和厚度。

温度和湿度是影响蛋壳品质的关键因素。

研究表明，适宜的温度和湿度可以促进蛋壳的形成和硬度的增加。

因此，在生产过程中，通过调控孵化鸡蛋的温度和湿度，可以提高蛋壳的品质。

其次，鸡蛋蛋壳营养的关键技术创新主要涉及饲料和饮水中钙、磷的加入。

蛋壳中的主要成分是钙和磷，它们是人体生长和发育的必需元素。

饲料中的钙和磷含量越高，鸡蛋中钙和磷的含量也越高。

因此，在饲料中添加适量的钙和磷，可以增加鸡蛋蛋壳中钙和磷的含量，提高鸡蛋蛋壳的营养价值。

此外，利用基因编辑技术进行鸡蛋蛋壳品质和营养的调控也是重要的技术创新方向之一。

基因编辑技术可以对鸡蛋蛋壳相关基因进行精确编辑，从而改变蛋壳的硬度和厚度。

通过基因编辑技术，可以提高蛋壳的品质和营养价值，满足消费者对高品质鸡蛋的需求。

此外，高效利用鸡蛋蛋壳的技术创新也是非常重要的研究方向之一。

蛋壳中的蛋白质、钙和磷等营养成分可以用于食品、医药、化学工业的生产。

利用鸡蛋蛋壳制备食品添加剂、制药原料和钙镁肥料等产品，不仅可以提高蛋壳的利用价值，还可以减少资源的浪费，促进循环经济的发展。

综上所述，鸡蛋蛋壳品质和营养调控的关键技术创新对于提高蛋壳的品质和营养价值，提高鸡蛋的市场竞争力，推动农业可持续发展具有重要意义。

通过调控温度和湿度、饲料和饮水中钙、磷的添加以及基因编辑等技术创新，可以改善蛋壳的品质和营养，并且高效利用蛋壳的研究也非常有意义。

摘要：蛋壳质量是衡量鸡蛋的重要指标。

蛋壳质量问题会造成严重的经济损失。

本文就鸡蛋蛋壳质量的影响因素进行分析，包括品种、日龄、疾病等，并提出相应的对策。

关键词：蛋壳；质量；鸡蛋；对策；影响因素影响鸡蛋蛋壳质量的因素分析与对策张精海（山东省邹平市黛溪街道畜牧兽医站山东滨州256200）收稿日期：2023-06-20doi:10.3969/j.issn.1008-4754.2024.04.047家禽养殖业规模化发展过程中，蛋壳质量问题可造成每年10%~15%的经济损失。

蛋壳质量下降会导致种蛋孵化率降低。

销售过程中蛋壳颜色、比重、大小、完整性等影响消费者的购买行为。

因此，研究鸡蛋蛋壳质量具有非常重要的现实意义。

1鸡蛋的结构鸡蛋蛋壳从内到外共有5层结构，分别为内膜、外膜、乳头层、栅状层和蛋壳膜。

不同结构的主要构成元素不同。

例如，乳头层主要构成元素为锰元素；栅状层主要构成元素为镁元素和碳酸钙。

乳头层和栅状层共同决定鸡蛋蛋壳的厚度和硬度。

一个质量良好的蛋壳应衡量多个指标。

例如，厚度、强度、变形值等。

正常蛋壳厚度应维持在0.3mm 左右，蛋壳越厚，破损率越低。

蛋壳强度值在6~8磅左右，且强度越高，质量越好，破损率越低。

变形值通常情况下维持在15~16μm 。

2影响蛋壳质量的因素2.1环境温度和光照是影响蛋壳质量的主要环境因素。

蛋鸡适宜生长温度在20~25℃左右，鸡舍内环境温度超过30℃时，蛋鸡表现为呼吸加快、采食量减少、产蛋率下降、蛋重减小、蛋壳变弱、表面粗糙、破蛋率增加。

当环境温度低于15℃时，蛋鸡采食量增加、蛋重增大、蛋壳变薄、破蛋率增加。

另外，光照时间和强度也会影响蛋壳质量。

当光照强度增加时，蛋壳质量下降。

若蛋壳形成前光照强度和时间增加，会导致蛋壳表面暗纹数量增多。

因此，光照强度低利于蛋壳的形成。

除此之外，鸡舍内环境湿度大、饲养密度高、通风不良等也会导致蛋壳质量下降。

2.2日龄刚开产的蛋鸡产蛋量低，蛋壳小、薄，容易出现破蛋。

鸡蛋壳品质的饲料营养调控技术董平祥【摘要】鸡蛋壳品质的饲料营养调控是以饲养标准为基础,结合鸡群生产、健康水平、饲养条件和环境变化,通过日粮中增加大颗粒钙质供应、利用生物学效价高的微量元素氨基酸螯合物和增加维生素D3、降低过多的氯元素、减少应激影响,并以有效磷调控日粮钙磷比例、按鸡群体况调整饲料营养,为产蛋鸡提供有利于健康和改善蛋壳品质的饲料营养保障,增加经济效益.【期刊名称】《饲料博览》【年(卷),期】2016(000)007【总页数】3页(P40-42)【关键词】蛋壳;品质;营养;调控【作者】董平祥【作者单位】广东省肇庆工程技术学校,广东肇庆 526070【正文语种】中文【中图分类】S831;S816.8我国蛋鸡产业虽然起步较晚，但发展迅速。

目前全国鸡蛋产量已经达到平均年产2 436万t，约占世界鸡蛋总产量的40%［1］。

鸡蛋质量也在逐步提升，特别是与鸡蛋质量密切相关的蛋壳品质正在不断引起养鸡行业的高度关注。

这是由于蛋壳品质已经是衡量种鸡、蛋鸡生产成绩好坏的一项关键指标，与种鸡的种蛋入孵率、孵化效果、雏鸡质量以及商品蛋鸡的鲜蛋程度、生产效益、市场竞争价值等直接关联。

因此如何通过调控饲料营养技术来改善鸡的蛋壳强度、减少蛋品破损、有效提高蛋壳品质对养鸡生产意义重大。

饲料营养调控就是要对产蛋鸡最大限度的消除和减少各种危及蛋壳品质的有害因素，为产蛋鸡提供有利于健康和维持产蛋品质的饲料营养保障，降低成本，增加效益。

在适应鸡的生理和产蛋需要的前提下，应根据饲养管理条件和鸡群状况的变化，及时调整产蛋鸡日粮中有效营养元素的组成。

产蛋鸡的体重低于标准，采食量少，产蛋率低，蛋壳品质较差，这是鸡群体况不好的表现。

应及时提高饲料营养水平，特别是蛋白质含量应提高1%～2%，多种维生素应提高0.02%。

以鱼粉等富含高效优质可消化蛋白质供应为佳。

赖氨酸含量适宜的饲粮能促进钙、磷的吸收，增强骨骼钙化，更不可缺乏。

同时，要保障饲料的适口性和产蛋鸡的采食量，使产蛋鸡群全群体况维持在一个较高的水平。

鸡蛋壳的开发应用研究作者：***来源：《中国食品》2024年第12期据统计，2023年我国鸡蛋总产量达到了2940万吨，约占全球产量的37.5%。

随着鸡蛋产量的增加，蛋壳废弃量也在随之增大。

目前，鸡蛋壳的回收利用并不理想，大量鸡蛋壳当作垃圾被填埋，或被直接丢弃。

其实，鸡蛋壳是一种生物材料，具有丰富的钙质成分和良好的生物相容性，在农牧业、临床医学、环境保护等领域具有广阔的应用潜力。

本文综述了鸡蛋壳的加工利用现状，以期为鸡蛋壳的深加工提供参考。

一、鸡蛋壳的成分鸡蛋壳是鸡蛋外部的硬壳，主要由无机物和有机物组成。

无机物占鸡蛋壳总质量的94%-97%，主要成分是碳酸钙，占无机物质量的93%左右，这使鸡蛋壳具有良好的稳定性和机械强度，增强了鸡蛋壳的稳定性和耐用性。

鸡蛋壳中的有机物主要是基质蛋白质，虽然占比不高，但在鸡蛋壳的形成及其稳定性的保持中起着重要的作用。

基质蛋白质为无机物沉积提供了模板，能使碳酸钙以有序的方式沉积和结晶，从而形成坚硬的鸡蛋壳。

此外，基质蛋白质还会参与鸡蛋壳的修复和再生过程，有助于维持鸡蛋壳的完整性。

鸡蛋壳中还含有锌、铜、锰、铁、硒等微量元素，这些微量元素虽然含量不高，但在保持人体健康和为人体提供营养方面具有重要作用。

二、鸡蛋壳在补钙产品中的应用雞蛋壳入药可追溯至五代，首见于《大明本草》，其后历代的中医药著作对其均有记载。

我国民间一直都有食用鸡蛋壳的法子，比如，将鸡蛋壳洗净、捣碎、炒黄后磨粉冲水服用，食用泡过鸡蛋的醋等，主要用于补钙。

现如今，人们对鸡蛋壳的补钙作用已经不再重视，鸡蛋壳主要送往养殖场，作为饲料为动物补钙。

鸡蛋壳中碳酸钙约为88%，成本低廉，且重金属生物富集少，是一种钙剂开发的优质原料。

据了解，国外已出现100%用天然蛋壳研发的新型补钙产品，我国也有不少人开始研究以鸡蛋壳为原料制备钙剂。

比如，李涛等人以蛋壳为原料，利用二次反应法制备丙酸钙，在最佳工艺条件下（温度77.7℃、料液比1：17.4、一次反应时间18h、二次反应时间55.8min），丙酸钙的得率为98.26%、纯度为96.52%。

蛋壳原理实验报告实验报告：蛋壳原理引言：蛋壳是一个被我们经常使用的物品，它通常被当作食材，但其内部结构与组成也具有一定的研究意义。

本实验旨在通过实验观察和理论分析，探究蛋壳的原理。

实验原理：蛋壳是由碳酸钙(CaCO3)构成的。

在鸡蛋的内外膜之间有一层蛋壳膜，蛋壳膜由碳酸钙、黑色素和蛋白质组成。

蛋壳主要承担了保护蛋内部结构、防止细菌侵入和提供机械支撑等功能。

实验步骤：1.准备材料：鸡蛋、醋、塑料容器。

2.将鸡蛋放置在塑料容器内。

3.倒入足够的醋，使鸡蛋完全浸泡在醋液中。

4.密封容器，放置24小时。

5.取出腌制后的鸡蛋，仔细观察外观变化。

实验观察：经过24小时的腌制，观察到以下现象：1.醋液渗入蛋壳，蛋壳开始变软，外观变得模糊不清。

2.在蛋壳上可以看到很多气泡，这是由于醋中的醋酸和蛋壳中的碳酸钙反应产生的二氧化碳气体。

3.蛋壳薄弱处会发生破裂和溶解，露出内膜和蛋白质。

实验结果与讨论：实验结果表明，蛋壳在醋酸的作用下发生了化学反应，蛋壳中的碳酸钙被溶解释放出二氧化碳气体，酸性环境促使蛋壳变软和破裂。

这一现象可以通过以下化学反应过程表示：CaCO3 + 2CH3COOH -> Ca(CH3COO)2 + CO2 + H2O在醋与蛋壳反应的过程中，醋酸和蛋壳中的碳酸钙反应生成了乙酸钙和二氧化碳气体，乙酸钙则可溶于醋液中。

由于二氧化碳气体生成的原因，鸡蛋浸泡在醋液中会形成很多气泡。

蛋壳的质地变软和破裂是由于碳酸钙的溶解，蛋壳内部的骨架结构受到破坏。

这也说明蛋壳是由碳酸钙构成，同时蛋壳膜中的黑色素和蛋白质也会暴露出来。

结论：本次实验通过观察和分析，我们得出了以下结论：1.蛋壳由碳酸钙构成，它是由鸡蛋保护内部结构、防止细菌侵入和提供机械支撑的重要组成部分。

2.醋与蛋壳中的碳酸钙反应，生成了乙酸钙和二氧化碳气体。

3.蛋壳经过一段时间的浸泡和化学反应后，变得软化和容易破裂，内部结构暴露出来。

实际应用：蛋壳的研究不仅对于鸡蛋的质量评估和储存有一定的意义，还可以对生物材料的研究提供借鉴，例如对于骨质疏松症或骨折治疗的研究等。

鸡蛋品质测定指标及测定方法的研究进展作者：徐淼刘忠刚黄竹姜丹解桂香王丽娟唐日益丁毅刘冰曹岩峰来源：《家禽科学》2021年第09期摘要：鸡蛋的实际食用品质由蛋的品质优劣决定，鸡蛋品质的改变可直接或间接的改变鸡蛋的营养、食用价值以及实际的经济效益，如果蛋品质差的鸡蛋进入到百姓餐桌会使食用者的身体健康受到影响。

因此，通过先进的实验室设备进行鸡蛋蛋品质的系统性检测，将成为蛋禽业进一步发展的重要工作，对蛋禽的饲养管理和选育具有重要的价值和意义。

关键词：鸡蛋;蛋品质;蛋壳颜色;蛋壳强度;哈氏单位中图分类号：S831.2 文献标识码：A 文章编号：1673-1085（2021）9-0043-07随着人民物质水平提高，追求科学安全饮食的需求也随之增加，对高品质鸡蛋的消费需求有所加强。

研究发现，禽蛋作为理想的蛋白质，其营养利用率可达99.6%[1]。

据统计，全球平均每人每年消费165个鸡蛋，且随着人们饮食方式的改变和收入的增加，预计2025年鸡蛋消费量还将持续上升[2]。

鸡蛋的实际食用品质由其品质的优劣决定，鸡蛋品质的改变可直接或间接的改变鸡蛋的营养、食用价值，通过提高对禽蛋的蛋品质检测手段，可以达到减少鸡蛋破损率、提升鸡蛋食用品质和提高经济效益的作用[3]。

因此，本文系统性地阐述了鸡蛋品质的实验室检测常规指标、科学的试验方法以及现代先进技术在其中应用进展，以期为蛋禽业的进一步发展提供理论参考。

1 鸡蛋的蛋品质含义鸡蛋品质包括鸡蛋的外在品质和内在品质，鸡蛋品质的优劣对其营养成分、食用价值以及售价均有影响[4-5]。

表1[6-9]是通过对传统蛋品质的指标进行整合、归纳得出的具体参考指标。

2 鸡蛋的外在品质测定指标及测定方法2.1 蛋壳的品质蛋壳品质是鸡蛋重要的经济性状和外观性状[10]。

据不完全统计，来自不同地方的收购蛋的蛋壳破碎率：集约化蛋禽养殖场12.3%，小型养殖场7.6%，蛋商自行收购6.9%[6]。

现代实验室用于蛋壳品质检测的指标为蛋壳重、蛋壳强度、蛋壳厚度、蛋壳比例以及蛋壳颜色[11]。

以蛋壳为例，科学的多样性展现——科学探究教案蛋壳是我们生活中常见的日用品，但你是否曾想过，它拥有什么样的科学价值呢？事实上，蛋壳是一种非常有价值的材料，它可用于制造酸碱指示剂、钙元素的含量测定等，同时还具有多样性的展现，这对我们的科学研究和教育都有着重要的意义。

一、了解蛋壳的化学组成蛋壳由主要的碳酸钙（CaCO3）构成，同时也含有少量的镁、钙质及其他的微量元素。

由于这些元素的不同组合，蛋壳的色泽和结构也会有所变化。

二、利用蛋壳制作酸碱指示剂利用蛋壳制作酸碱指示剂是一项非常有趣的实验，它可通过简单的化学反应将蛋壳体内的钙质和酸碱物质相结合，从而呈现出不同的颜色，以此表明酸度或碱度浓度的高低。

具体实验步骤为：将蛋壳洗净后研磨成粉末，然后将其放入硫酸中浸泡数小时。

这样，蛋壳所含的碳酸钙会与硫酸反应产生二氧化碳等化学反应物，进而形成硫酸钙（CaSO4）。

硫酸钙与蛋壳原有的微量元素相结合后，就可以呈现出不同颜色的指示效果。

当容器中的酸性物质过多时，指示剂会呈现出红色或橙色；相反，碱性物质过多时，则会转变成绿色或蓝色。

这种判断色彩的变化，不仅能够提高我们的实验技巧，而且还有助于我们更好地理解物质的化学性质。

三、利用蛋壳测试钙元素的含量蛋壳含有大量的钙元素，这使得其可以用来测试人体及动物体内是否缺乏钙元素。

由于钙在我们的生物体内扮演着极其关键的角色，因此它的含量的测量也变得非常复杂。

利用蛋壳测试钙元素的含量也是一种简单而有趣的实验，其主要步骤如下：将蛋壳研磨成粉末，并将其洗净。

取少量蛋壳粉末放入烧杯内，加入少量醋酸。

由于蛋壳所含有的碳酸钙会与醋酸反应，从而产生二氧化碳气体、水和乙酸钙等物质。

通过采用滴定法，我们可以精确地计算出钙元素的含量。

这种测试方法既简单又实用，它为我们提供了检测钙元素的方法，也有助于我们更好地了解人体及动物体内的健康问题。

四、结语蛋壳是一个非常有用的材料，它不仅有很高的价值，而且还具有多样性的展现。

摘要：生物矿化过程是指在生物体中细胞的参与下，无机元素从环境中选择性地沉淀在特定的有机质上而形成的新矿物.生物矿化矿物的结晶严格受生物体分泌的有机基质的控制，是在有机基质膜板诱导下的晶体生长.生物体内有机基质指导矿物晶体的成核、生长和聚集，使得生物矿物具有特定的形貌、取向和组装方式，从而产生特殊的功能.生物矿化近年来受到化学、物理、生物以及材料学等多学科的关注.综述了生物矿化的类型、过程、机理及常用的研究方法和研究进展，并作了学科展望.关键词：生物矿物；碳酸钙；生物矿化过程；生物矿化机理收稿日期：2009-05-24；修回日期：2009-09-11.张哲编辑.基金项目：中国地质大学地质过程与矿产资源国家重点实验室开放课题（GPMR200624、GPMR0739）资助.生物矿化研究现状和展望黄磊，杨永强，李金洪（中国地质大学地质过程与矿产资源国家重点实验室，北京100083）·综述·文章编号：1671-1947（2009）04-0317-05中图分类号：P611文献标识码：A地质与资源GEOLOGY AND RESOURCES第18卷第4期2009年12月Vol.18No.4Dec.2009生物矿化过程是指在生物体中细胞的参与下，无机元素从环境中选择性地沉淀在特定的有机质上而形成矿物.生物矿化作用是在有机基质全程参与调控与诱导下形成矿物的过程［1］.生物矿化是指生物体内无机矿物的形成过程，包括两种形式：一种是正常矿化，如骨骼、牙齿和贝壳等的形成；另一种是异常矿化，如结石、牙石和龋齿等.近年有关生物矿化的研究十分引人注目，其主要原因是该领域具有明显的学科交叉与渗透特点，处于生命科学与无机化学、生物物理学和材料科学的交汇点，更为重要的是它为人工合成具有特种功能晶体材料和生物智能材料提供了一种新的思路.1生物矿物的分布与特性1.1生物矿物的分布至今已知的生物体内矿物有60多种，含钙矿物约占生物矿物总数的一半，其中碳酸盐是最为广泛利用的无机成分，磷酸盐次之［2］.碳酸钙主要构成无脊椎动物的外骨骼；磷酸钙主要构成脊椎动物的内骨骼和牙齿；硅氧化物多见于植物中；泌尿系结石的主要组分为草酸钙、磷酸钙、磷酸镁铵、尿酸和胱氨酸等；铁锰氧化物和氢氧化物主要见于铁细菌，其中磁铁矿主要见于磁性细菌和软体动物的部分矿化组织中，如石鳖齿舌中含有大量的磁铁矿；硫酸盐主要分布于厌氧的光能硫细菌和硫氧化细菌中，如棘骨虫亚纲（acantharia ）的天青石骨针.1.2生物矿物的特性与自然界中形成的一般矿物相比，生物矿物主要特性有4点:（1）结构上的高度有序使得生物矿物具有极高的强度和良好的断裂韧性.骨骼和牙齿具有高强度，软体动物的贝壳珍珠层具有高硬度和优异韧性，均是归因于蛋白质与无机晶体间复杂的相互作用而形成的高级自组装结构.（2）生物矿物一般具有确定的晶体取向.如鸡蛋壳中方解石以c 轴垂直于蛋壳表面；软体动物壳层中方解石常沿（001）面垂直生长，珍珠层中文石的a 轴平行于β2几丁质纤维（β2chitin fibrils ），b 轴平行于β2折叠（β2pleated sheet ）的类丝心蛋白多肽链.（3）矿物质与有机基质的相互作用.草酸钙尿石超微结构的原子力显微镜（AFM ）表明，尿石晶粒之间都填充呈条索状或细纤维状但形态不定的基质，基质不仅紧密包绕在晶粒周围，将晶粒紧密连结起来，而且基质自身互相连接、融合，构成形态不一的网状纤维.这表明在结石形成过程中，晶粒的聚集不是简单堆积，基质起着连接、黏附晶粒以及聚集融合作用.（4）矿物质在整个生物代谢过程中形成，并参与代谢过程.2生物矿化的类型Mann初步阐述了生命体中无机矿物的形态和结构、生物矿化类型和生理功能、生物矿化作用的化学控制、边界组织、有机基质控制等基本问题，并提出界面有组织矿化的观点，认为生物矿化过程存在着不同层次的控制作用［3］.生物矿物的形成常常是各种因素协同作用的结果，根据生物体对生物矿物调控程度的不同，生物矿化可分为生物诱导和生物控制两类.生物诱导矿化是由生物的生理活动（如新陈代谢、呼吸作用和细胞壁的建立等）引起周围环境物理化学条件改变而发生的生物矿化作用.这种矿化没有圈定的局限空间，没有专门的细胞组织或生物大分子引导，所形成的晶体任意取向，缺乏独特形态.一般认为，生物诱导矿物生长是环境中的离子不断沉积到矿物表面的结果，但Banfield等［4］提出了一种新的生长方式，即生物矿物的生长可通过纳米微粒的取向黏附来完成，并对两种铁氧化细菌（嘉利翁氏菌属和纤发菌属）及其诱导下形成的生物矿物羟基氧化铁（FeOOH）进行了研究，发现FeOOH由直径为2～3nm的水铁矿纳米微粒组成，在一定的面积内，各微粒的晶轴平行.生物控制矿化是由生物的生理活动引起，并在空间、构造和化学3方面受生物控制的矿化过程.它发生在圈定的局限空间（如脂质泡囊）内，形成的生物矿物有机物质含量高，结晶习性独特，大小均匀，形状一致，排列规则.Chan等［5］报道：嘉利翁氏菌属和纤发菌属细菌细胞表面突出的细丝状聚合物可作为空间定位的膜板，诱导四方纤铁矿（β2FeOOH）围绕其沉积，形成长几微米，直径20～200nm的矿化细丝.X射线光电子散射光谱（X2PEEM）和X射线吸收近边结构谱（XANES）结果表明，这种细丝状聚合物主要的有机成分海藻胶质（alginate）是一种酸性多糖.因此推测，它是海藻胶质调控β2FeOOH的形成.3生物矿化的过程一般的晶体生长概括起来可以分为4个过程，即溶质溶解—生长基元的形成—生长基元在界面上的叠合—晶体形成.在生物矿化中晶体的形成可以分为4个阶段.（1）有机基质的预组织（超分子预组织）.在矿物沉积前构造一个有组织的反应环境，该环境决定了无机物成核的位置.有机基质的预组织是生物矿化的膜板前提，预组织原则是指有机基质与无机相在分子识别之前将识别无机物的环境组织得愈好，则它们的识别效果愈佳，形成的无机相愈稳定.该阶段是生物矿化进行的前提.（2）界面分子识别［6］.Mann根据酶与底物作用的特点最早提出分子识别的概念及著名的锁与钥匙原理.分子识别可理解为底物与受体选择性结合，并具有专一性功能的过程，互补性和预组织是决定分子识别过程的两个关键性因素.分子识别过程可引起体系电学、光学性质及构象的变化，也可引起化学性质的变化，这些变化意味着化学信息的存储、传递及处理［7］.在已形成的有机基质组装体（底物）的控制下，无机物（受体）从溶液中在有机／无机界面成核.其中的分子识别表现为有机基质分子在界面处通过晶格几何特征、静电电势相互作用、极性、立体化学互补、氢键相互作用、空间对称性和形貌等方面影响和控制无机物成核的部位、结晶物质的选择、晶形、取向及形貌等.（3）生长调制（化学矢量调节）.无机相通过晶体生长进行组装得到亚单元，同时形状、大小、取向和结构受有机基质分子组装体的控制；由于实际生物体内矿化中有机基质是处于动态的，所以在时间和空间上也受有机基质分子组装体的调节.在许多生物体系中，分子构造的第3个阶段即通过化学矢量调节赋予了生物矿化物质具有独特的结构和形态的基础.（4）外延生长（细胞水平调控与再加工），在细胞参与下亚单元组装成更高级的结构.该阶段是造成天然生物矿化材料与人工材料差别的主要原因，而且是复杂超精细结构在细胞活动中进行最后的修饰的阶段.4生物矿化的成长机理生物矿化过程的一个显著特征是这个过程受控于有机大分子基体［8］.生物矿化研究20年来一个重要的进展就是认识到有机膜板对无机晶体的调制作用.有机基质对无机晶体的成核、生长、晶形及取向等的控制是一个相当复杂的过程，目前一般将这种过程称为分子识别.4.1静电相互作用和电荷在界面的富集Lochhead［9］认为带负电的有机基质易于诱导无机相的异相成核而抑制无机相的均相成核，从而有利于晶体成核生长.Lochhead等［9］对这种有机-无机界面的相互作用进行了理论计算，发现在带负电荷的有机单层膜界面处，阳离子的浓度一般比溶液体相中的要高，且与体相中的阳离子浓度无关，但界面处的阴离子的浓度比体相中的要低，从而使界面处的阴、阳离子之比偏离晶体的化学计量比，而这种偏离有利于晶体成核生长.带负电荷的有机基质鳌合带正电的阳离子，诱导地质与资源2009年318出局部的晶体阴离子浓度增大，从而进一步吸引更多的阳离子，直到有机无机-界面阳离子浓度有利于晶体的异相成核.在生物矿化中有机基质中亲水头起着微粒的作用，先吸引阳离子，后诱导晶体的晶核的形成.Lin［10］等研究了纤铁矿和磁铁矿在LB膜（将兼具亲水头和疏水尾的两亲性分子分散在水面上，经逐渐压缩其水面上的占有面积，使其排列成单分子层，再将其转移沉积到固体基底上所得到的一种膜）下的生长，他指出以带负电十八醇（stearyl alcohol）单层膜作膜板可以诱导纤铁矿的定向和外延生长，而带正电的十八胺为膜板和无膜时的现象一样，即界面没有成核，原因是界面层中不存在适合晶体生长的静电相互作用.4.2晶体面网的几何匹配根据晶体成核热力学理论和公式可知：（1）降低表面能垒或增加溶液饱和度都可以促进成核；（2）如果晶粒-基物表面之间相互作用所表示的净界面能比晶粒-溶液的界面能低，那么异相成核优先发生.在膜的诱导下晶体的生长机理发生改变，一方面，膜的存在使溶液表面成核物种浓度增大，膜与成核物种之间的分子识别导致膜亲水基团和成核物种之间的精确匹配.有机基质膜板的周期结构与晶体某一方向面网的周期晶格常数相适应时，降低了无机相异相成核的活化能，会诱导晶体沿该方向面网生长，从而使该面网的晶轴垂直膜板.一般认为，当有机基质通过分子识别选择性地与晶体某一方向面网相互匹配时，会阻塞其他生长位置，使晶体在垂直该面网方向的生长速度相对其他方向面网会大大减少或停止生长，从而使该面网相对稳定并体现在最终形态中.4.3空间立体化学结构互补所谓立体化学互补，要求有机-无机界面处的有机头基和晶体中的无机离子在配位体机构上即空间结构上达到互补，从而达到相互识别的效果.立体化学互补在有两个晶面竞争生长时，其作用更为突出.欧阳健明等研究了DPPC（dipalmitoylphosphatidylcholine，即二棕榈磷脂酰胆碱）单分子膜下草酸钙的取向生长，证实二者之间存在立体化学匹配时，草酸钙才会受控生长.总的来说，有机质对无机晶体结晶的控制作用常常是各种因素协同作用的结果［11］.另外局域化学控制也起一定的作用.在这几种作用中，静电相互作用必不可少，它对于界面电荷富集和双电荷层的形成起着关键的作用，同时晶格匹配和立体化学机构互补具有空间定位和空间约束的作用，控制成核过程和晶体生长等的立体化学专一的特征，因而使晶体的大小、形貌、结构都得到控制和调节.此外，分子识别时的协同作用还包括有机基质各功能基团的协同作用，识别时有机基质结构的改变，以及有机基质各功能基团之间的相互作用等，这几方面已经成为生物矿化研究的前沿.一般认为有机基质诱导生物矿化的驱动力是由有机-无机界面间的静电力、几何、结构和立体化学二元互补性决定.有机基质表面的作用主要是降低成核活化能，成核活化能的降低反映了有机-无机界面结构和立体化学互补性要求，而且从能量的角度上说明有机基质诱导下的晶体的生长符合能量最低原理，即在这样的环境条件下，特定晶形的出现是能量最低化的一种表现形式.这一点可以从经典的晶体成核理论得到很好的解释，更进一步说明了生物体对外界的协同性和适应性.5生物矿化研究的常用方法常用SAM（self-assemed monolayer,在钛表面通过乙烯基三乙氧基硅烷的分子自组织形成单分子层）、微囊、囊泡、胶束、反相胶束、微乳液、LB膜、单层分子膜、液晶等物质来作膜板，有机基质往往为表面活性剂，另外还有生物大分子和生物中的有机质，如磷脂、脂体、几丁质、胶原蛋白、胆固醇等有序分子膜为基质的仿生矿化模拟体系，可以在体外形成特殊的隔室来有效地模拟生物膜［12］.在这个特殊的隔室中，反应物可以富集、定位并被有机质诱导，同时隔室环境中的过饱和度、pH值、温度、抑制剂或促进剂等因素对成矿的影响相比于细胞膜体系变得简单.特别是将含O、N、S的亲水头基引入成膜物质后，极大地丰富了研究对象，这不仅为寻找促进或抑制生物矿化的有基质提供了更多的机会，也为在理论上进一步阐明基质诱导下的成矿机制创造了条件［13］.在众多方法中，由于LB膜简洁，便于操作，以及LB膜自身的特点，即膜的堆积模式和功能基团可以通过巧妙的选择表面活性剂任意修饰，以及LB膜结构更像半层生物膜.因此，可利用对简单表面活性剂分子所得规律，辅助以分子设计的手段制备出具有特殊功能基团的表面活性剂分子，从而导致具有应用价值的有机-无机和有机-超晶格的生成.这对晶体学、无机纳米材料、有机-无机复合材料和陶瓷材料的合成，以及生物矿化模拟研究都具有重要的意义和潜在的应用前景.目前，利用LB技术进行生物矿化的研究已经成为了国际研究的热点，并逐渐成为生物矿化中仿生合成的一种主要方法，而且尺度已到介观即亚微观水黄磊等:生物矿化研究现状和展望第4期319平［14］.电子显微镜、原子力显微镜、各类同步幅射光源显微成像技术和同步辐射X射线精细结构谱等前沿的纳米分析技术，已经逐渐介入生物成矿的研究领域，通过综合这些前沿技术各自的探测优势，可从各个侧面对生物成矿的微观和介观现象进行观测，从而更加全面地认识和理解生物成矿的过程和机理［15］.随着生物成矿机理认识的深入，对各类探测手段不仅提出更高的要求，还促使新的探测方法的建立和出现，如能够进行活体观测的环境SEM、能够实时观测无机物和生物活体相互作用的原子力显微镜的液体池技术、能够原位得到细胞三维空间信息的同步幅射相位成像技术等［16,17］.6生物矿化研究展望鉴于生物矿化的一系列优点和LB膜技术的仿生功能，国内外当前利用LB膜研究生物矿化中仿生合成的方向主要集中在两个方面：（1）系统研究LB膜诱导晶体生长机理，找出特殊规律以发展和完善晶体学.清华大学系统地研究了磷脂分子单分子膜与脂质体调节磷酸钙的生长规律；南京大学系统地研究了9-（十六烷亚氨）-4，5-二氮杂芴酮（hidg，98）单分子膜诱导五水硫酸铜的生物矿化机理；（2）利用LB膜诱导生成新型晶体材料.如利用脂肪酸单分子膜诱导KDP过饱和溶液取向结晶和外延生长的研究，单分子膜板分子识别KDP的（100）晶面，并诱导KDP取向生长,得到了具有优异光学性质的纳米晶体颗粒［18］.利用单分子膜诱导生成半导体纳米材料，是利用单分子膜中负载的成核粒子与适当的试剂发生化学反应，来生成纳米半导体材料.美国成功制备了CdS、ZnS、PbS、PbSe等半导体纳米材料.生物矿化的首要目的是建立解决生物矿化的理论问题，而真正的生物体不管是生物膜还是膜存在的生物环境都不是单一体系，基于此，国内外的科学家们从以下两个方面对生物矿化的机理进行研究.一方面，用混合膜作基质作膜板来诱导无机相的结晶，例如，用DPPC和PC的混合来诱导葡萄糖酶的结晶；另一方面，用混合膜基质作膜板来研究对混合无机溶液的诱导结晶.如，暨南大学的欧阳健明从膜控生物矿化的角度以PC（Polycarbonate，即聚碳酸酯）和合成配体所组装的有序分子膜为模拟体系对胆结石的成因进行了初步研究.但这方面的研究仍是非常有限的.在这些前沿性的研究课题里，有一些是以前曾经研究的课题，当时由于各种条件的限制而没有很好解决（如生物矿化的机理），现在由于科技的发达和实验手段的进步以及实验方法的改进,这些悬而未决的问题又成为研究的热点，这更加说明了生物矿化的复杂性和科学发展的一般规律性.因此需要在更接近生物体内环境的条件下，进一步研究生物大分子专一的调控作用以及协同调控作用，进一步研究基质中的生物矿化过程、细胞-矿物的相互作用，以阐明生物矿物的形成过程，为开发仿生材料和治疗异常矿化引起的疾病提供启示.参考文献：［1］崔福斋.生物矿化［M］.北京:清华大学出版社，2007.［2］欧阳健明.生物矿物及其矿化过程［J］.化学进展，2005，17（4）:749—756.［3］M ann S.Biomineralization:Principals and concepts in bioinorganic materi-als chemistry［M］.Oxford:Oxford University Press，2001.［4］Banfield J F，Welch S A，Zhang H Z，et al.Aggregation-based crystal growth and microstructure development in natural iron oxyhydroxidebiomin-eralization products［J］.Science，2000，（289）:751—754.［5］Chan C S，Stasio G D，Welch S A，et al.Microbial polysaccharides tem-plate assembly of nanocrystal fibers［J］.Science，2004，（303）:1656—1658.［6］M ann S.Molecular recognition in biominerallization［J］.Nature，1998，332（10）:119—124.［7］徐筱杰.超分子建筑———从分子到材料［M］.北京:科学技术文献出版社，2000.53—71.［8］冯庆玲.生物矿化与仿生材料的研究现状及展望［J］.清华大学学报（自然科学版），2005，45（3）:378—383.［9］Lochhead M J，Letellier S R，Vogel V.Assessing the role of interfacial electrostatics in oriented mineral nucleation at charged monolayers［J］.J Phys Chem，1997，101B:6665—6669.［10］Lin Z，Strother T，Cai W，et al.DNA attachment and hybridization at the silicon（100）surface［J］.Langmuir，2002，（18）:788—796.［11］姜国良，陈丽，刘云，等.贝壳有机基质与生物矿化［J］.海洋科学，2002，26（2）:16—18.［12］薛中会，武超，戴树玺，等.生物矿化研究进展［J］.河南大学学报（自然科学版），2003，33（3）:21—25.［13］张立娟，刘洪国，冯绪胜.有序分子膜诱导生物功能材料仿生合成的研究进展［J］.化学通报，2002，65:101—106.［14］鲁安怀.生命活动中矿化作用的环境响应机制研究［J］.高校地质学报，2007，13（4）:613—620.［15］李胜荣，许虹，申俊峰，等.环境与生命矿物学的科学内涵与研究方法［J］.地学前缘，2008，15（6）:1—10.［16］Zhang J.Oriented attachment kinetics for ligand capped nanocrystal s: coarsening of thiol-Pb Snanoparticles［J］.J Phys Chem，2007，111（6）: 1449—1454.［17］Addadi L，Weiner S.Biomineralization-Crystals,asymmetry and life［J］.Nature，2001，411（6839）:753—755.［18］崔福斋，冯庆玲.生物材料学［M］.北京:清华大学出版社，2004.（下转第297页）地质与资源2009年320A CONTRAST RESEARCH BETWEEN THE BAIDENG SHALLOW -SEA FACIES AND QINGLONGSHAO CONTINENTAL FACIES PHOSPHORITE IN YUNNAN PROVINCEEHE Jin -rui,ZHU Jie -yong,ZHOU Jian,HONG Jian -lei,LI Kan,XIONG Liang（Department of Geosciences ,College of Land Resource ,Kunming University of Science and Technology ,Kunming 650093,China ）Abstract ：The Baideng phosphorite deposit is of shallow -sea facies;while the Qinglongshao phosphorite belongs tocontinental facies.Both of them are important phosphate ore mining bases in Anning,Yunnan Province,with high grade and big reserves.The goyazite ore bed and kaolin claystone unconformably overlap the Qinglongshao breccia phosphate,which is characterized by continental facies phosphorite,without the shallow -sea characters of primary sedimentary structure.The Baideng deposit contains two layers of commercial ore;while the Qilongshao deposit includes only one layer.Key words ：phosphorite;shallow -sea facies;continental facies;breccia phosphate;Baideng phosphorus deposit;Qinglongshao phosphorus deposit作者简介：贺瑾瑞（1984—），男，山西朔州人，昆明理工大学国土资源工程学院矿产普查与勘探2007级硕士研究生，主要研究方向成矿预测，通信地址云南昆明昆明理工大学（莲花校区）学生宿舍6栋412室，邮政编码650093，E -mail//hjrvip@（上接第320页）贺瑾瑞等:云南白登浅海相磷块岩与青龙哨陆相磷块岩的对比研究第4期297REVIEW OF THE RESEARCH ON BIOMINERALIZATIONHUANG Lei,YANG Yong -qiang,LI Jin -hong（State Key Laboratory of Geological Process and Mineral Resources ,China University of Geosciences ,Beijing 100083,China ）Abstract ：The process of biomineralization means that,in the participation of cells in the organism,inorganic elements precipitate on organic matter in a particular selective precipitation from the environment to form new minerals.The mineral crystallization is regulated by the organic matrix that the organism excretes,and then the organic matrix can induce the inorganic materials to crystallize and grow.The organic matrix within the organism body controls the nucleation,growth and accumulation for mineral crystal,in order to make the biominerals develop in special shape,orientation and alignment and show special functions.Nowadays,the biomineralization attracts the attention of chemistry,physics,biology and material science.This paper reviews the type,procedure and mechanism of biomineralization,as well as the common method and further prospects of the research.Key words ：biomineral;calcium carbonate;mechanism of biomineralization;process of biomineralization作者简介：黄磊（1983—），男，辽宁鞍山人，中国地质大学（北京）矿产资源专业在读硕士研究生，通信地址北京市海淀区29号中国地质大学地球科学与资源学院s0701-2信箱，E -mail//huangleicomcn@。

鸡蛋上的物理学高二（五）班课题研究小组***指导老师**摘要：以下将从鸡蛋的构造入手，从内到外，一一“解剖”鸡蛋，仔细研究鸡蛋外壳的薄壳结构，以及鸡蛋内部物质影响其竖立等关于物理方面的问题，揭开鸡蛋身上“鲜为人知”的秘密！关键词：鸡蛋物理薄壳结构竖鸡蛋【鸡蛋的构造】鸡蛋主要可分为三部分：蛋壳、蛋白及蛋黄。

（一）蛋壳：完整的蛋壳呈椭圆形，约占全蛋体积的11%~11.5%。

蛋壳又可分为壳上膜、壳下皮、气室。

（二）蛋白: 蛋白是壳下皮内半流动的胶状物质，体积约占全蛋的57%~－58.5％。

蛋白中约含蛋白质12％，主要是卵白蛋白。

蛋白中还含有一定量的核黄素、尼克酸、生物素和钙、磷、铁等物质。

（三）蛋黄: 蛋黄多居于蛋白的中央，由系带悬于两极。

蛋黄体积约全蛋的30％~32％，主要组成物质为卵黄磷蛋白，另外脂肪含量为28.2％，脂肪多属于磷脂类中一的卵磷脂。

对人类的营养方面，蛋黄含有丰富的维生素A和维生素D，且含有较高的铁、磷、硫和钙等矿物质。

蛋黄内有胚珠。

【捏不碎的鸡蛋】在多次的实验中，小组成员都进行了捏鸡蛋的实验，但结果却都失败了——没有一个人能够把鸡蛋捏破。

大家都感到很奇怪，为什么捏不破捏？通过查找资料发现，这是由于鸡蛋的特殊结构——薄壳结构——所决定的。

正因为是它，鸡蛋就能够把受到的压力均匀地分散到蛋壳的各个部分薄壳结构就是曲面的薄壁结构，按曲面生成的形式分为筒壳、圆顶薄壳、双曲扁壳和双曲抛物面壳等。

壳体能充分利用材料强度，同时又能将承重与围护两种功能融合为一。

这在建筑工程中很常见，实际工程中还可利用对空间曲面的切削与组合，形成造型奇特新颖且能适应各种平面的建筑，但较为费工和费模板。

鸡蛋的外形就是集中中的圆顶薄壳。

圆顶薄壳是正高斯曲率的旋转曲面壳，由壳面与支座环组成，壳面厚度做得很薄，一般为曲率半径的1／600，跨度可以很大。

支座环对圆顶壳起箍的作用，并通过它将整个薄壳搁置在支承构件上。

因薄壳结构容易制作，稳定性好，容易适应建筑功能和造型需要，所以应用较为广泛。

生物模板法制备纳米材料的研究进展近年来，纳米材料的研究和应用已成为科学界热议的话题。

纳米材料具有独特的物理、化学和生物学特性，被广泛应用于光电器件、传感器、催化剂等领域。

而生物模板法则是一种新颖且有效的方法，通过利用生物体内的生物分子和结构作为模板，制备具有纳米尺寸和精确形状的材料。

在本文中，将介绍生物模板法制备纳米材料的研究进展。

首先，介绍一种常见的生物模板法——生物矿化法。

生物矿化法是利用生物体内的无机盐离子通过生物大分子的调控形成纳米尺寸的无机晶体。

这种方法的独特之处在于生物大分子不仅可以作为模板，还可以通过其特定的结构和功能与无机离子相互作用，从而在晶体生长的过程中控制晶体的形状和尺寸。

举例来说，一些硅藻类生物体内的二氧化硅纳米颗粒就是由于生物大分子调控了硅酸盐离子的聚集和晶化过程，才能形成具有特定形状和尺寸的二氧化硅颗粒。

这种生物模板法制备的纳米材料具有高度形貌一致性和可控性的优点，可以广泛应用于纳米传感器、光学器件等领域。

其次，介绍另一种重要的生物模板法——生物诱导法。

与生物矿化法不同的是，生物诱导法是利用生物大分子的特定结构和功能，通过表面或界面的相互作用和调控，实现纳米材料的制备。

生物诱导法通常包括两个关键步骤：模板的制备和纳米材料的沉积。

在模板制备过程中，生物大分子的结构和功能在形成模板的过程中发挥关键作用。

例如，某些蛋白质可以通过自组装形成高度有序的分子结构，在这种结构的作用下，纳米材料的形貌和尺寸可以被精确控制。

在纳米材料的沉积过程中，生物大分子作为催化剂或模板，在特定的条件下促进纳米材料的生长。

这种生物诱导法制备的纳米材料具有较高的比表面积和复杂的结构，能够用于催化剂、分离膜等领域。

除了生物矿化法和生物诱导法外，还有其他一些新颖的生物模板法被开发出来。

例如，利用DNA分子的高度特异性配对能力，可以精确控制纳米材料的自组装和排列，从而形成复杂的纳米结构。

此外，利用细菌的特殊功能也被发现可以用来制备纳米材料。

生命科学与生物矿化研究揭示生命中的矿物奇迹生命科学的研究领域广泛而深奥，其中一个重要且引人注目的方向就是生物矿化。

生物矿化指的是生物体在生长和发育过程中，通过各种方式将无生命物质转化为有机或无机矿物质的过程。

生物矿化的研究揭示了生命中的许多矿物奇迹，深刻影响着我们对生命起源和进化的理解。

1. 矿物晶体在生命中的作用矿物晶体是生物体中矿化物质的主要形态，具有形态各异、结构有序的特点。

矿物晶体在生命中扮演着重要的角色，如组成骨骼和牙齿的羟基磷灰石晶体、储存铁元素的铁蛋白晶体等。

这些晶体不仅赋予了生物体力学稳定性，还参与了许多生命过程，如物质代谢、信号传导等。

2. 生物矿化的调控机制生物矿化是一个精确而复杂的过程，其调控机制涉及到细胞、蛋白质、基因等多个层次。

细胞表面的细胞外基质承担着生物矿化的主导作用，通过分泌和固定特定的有机分子，为矿物晶体的形成提供模板和催化剂。

蛋白质在生物矿化中也起到关键作用，它们可以作为结晶核心、抑制物或调节剂等参与矿化过程。

此外，基因的表达调控对生物矿化的发生和发展也具有重要影响。

3. 生物矿化与进化生物矿化与生物进化是紧密相关的。

在进化过程中，生物矿化给予了生物体更高的适应性和竞争力。

例如，硅酸盐生物矿化在植物中起到了重要的支撑和保护作用，使植物能够适应极端环境，如沙漠、高寒地区等。

此外，生物矿化还为生物提供了新的功能和机会，如牙齿对于食物咀嚼和破碎的作用，貝殼為軟體動物提供了機械強度等。

4. 生物矿化的应用前景生物矿化的研究不仅对于揭示生命起源和进化具有重要意义，还为生物医学和材料科学提供了新的思路和方法。

研究人员通过模仿生物体内的矿化过程，研发出一系列生物矿化合成方法，制备了一些具有特殊性能和应用潜力的材料。

此外，生物矿化还有望应用于骨折修复、牙齿再生等领域，为医学治疗和健康管理带来新的突破。

5. 生物矿化研究的挑战与展望尽管生物矿化的研究已经取得了一些重要进展，但仍面临着许多挑战和待解决的问题。

鸡蛋变化的原理鸡蛋变化的原理涉及到物理、化学和生物学的知识。

鸡蛋是一种生物体的产物，经过特定的过程和条件，可以发生各种变化。

下面将从鸡蛋的结构、成分、物理特性和化学反应等方面详细解释鸡蛋变化的原理。

鸡蛋的结构主要由蛋壳、蛋清和蛋黄组成。

蛋壳是由钙质和蛋白质构成，起到保护内部物质的作用。

蛋清是由水、蛋白质和少量矿物质组成，呈现为透明的胶状物质。

蛋黄是由水、蛋白质、脂肪和矿物质组成，呈现为黄色的液状物质。

鸡蛋的变化主要包括鸡蛋的煮熟、煎炸、发霉和腐败等过程。

首先，当鸡蛋被煮熟时，蛋清和蛋黄会发生物理变化和化学变化。

在加热的过程中，蛋白质会发生凝固反应，由原来的透明胶状变为白色固体，形成了煮熟的蛋白。

同时，蛋黄的脂肪也会发生一些变化，变得稳定且更容易消化。

这是因为加热过程中，蛋黄中的蛋白质和脂肪会发生脱溶反应，使得蛋黄更加浓稠。

其次，当鸡蛋被煎炸时，鸡蛋的外壳和内部的蛋清和蛋黄都会发生一系列的物理和化学变化。

当鸡蛋被放入高温的油中煎炸时，鸡蛋表面的蛋白质会发生脱水和破坏，使得蛋白质凝固并形成金黄色的外皮。

同时，蛋黄中的脂肪也会被高温热化，并与蛋白质发生反应，形成蛋黄的特殊风味和口感。

此外，当鸡蛋暴露在空气中时，也会引起鸡蛋的变化。

鸡蛋的蛋壳上有一层称为蛋壳膜的薄膜，其主要作用是保护内部的物质免受外界微生物的侵袭。

然而，当鸡蛋的蛋壳膜破损时，空气中的细菌和霉菌就能进入鸡蛋内部，导致鸡蛋的发霉。

这是因为空气中含有微生物，它们利用鸡蛋内部的营养物质进行生长和繁殖。

最后，当鸡蛋受到外界环境的影响时，也会导致鸡蛋的腐败。

鸡蛋含有蛋白质和矿物质等营养物质，它们是细菌和霉菌的理想生长和繁殖基质。

当鸡蛋处于高温、潮湿的环境中时，细菌和霉菌会迅速繁殖，并分解鸡蛋中的营养物质，产生恶臭气味。

这时候鸡蛋已经变质，不宜再食用。

总结起来，鸡蛋变化的原理涉及到物理、化学和生物学等多个领域的知识。

鸡蛋的结构、成分、物理特性和化学反应等因素决定了鸡蛋在煮熟、煎炸、发霉和腐败等过程中的变化。

鸡蛋壳的综合利用鸡蛋壳的综合利用研究进展摘要: 鸡蛋壳内有很多有效成分, 这些成分可以作为许多行业的原材料, 但现在每年仍有大量的蛋壳没有得到充分利用。

鸡蛋壳有效的综合利用可以大大提高经济效益, 减少环境污染。

本文综述了鸡蛋壳中钙镁含量的测定, 对蛋壳内钙物质的利用以及鸡蛋壳的一些其它用途。

关键词: 鸡蛋壳; 补钙剂; 应用; 综合利用21世纪人们的生活水平不断提高, 鸡蛋在生活中的需求不断增加, 但是大量鸡蛋壳被当做废品丢弃, 不仅浪费资源而且污染环境。

近年来鸡蛋壳的综合利用逐渐受到重视[ 1] , 对蛋壳的有效利用既增加了一些行业的经济效益, 又对环境起到了保护作用。

蛋壳内碳酸钙的含量在90% 以上, 是钙的良好来源, 而钙对人体有不可替代的生理功能, 但蛋壳中的钙以碳酸钙形式存在, 不易被人体吸收, 因此需要将其制备成其他形式的物质易于人体吸收。

鸡蛋壳还是一种天然固硫剂, 可在煤燃烧过程中起到脱硫效果[ 2]。

蛋壳中还有少量溶菌酶, 溶菌酶已被用于抑菌剂、抗菌剂及食品防腐剂等, 在大量廉价蛋壳中提取溶酶菌效益相当可观。

1.. 蛋壳中钙镁总量的测定蛋壳占整个鸡蛋壳重量的10% ~ 12% [ 3] 。

在鸡蛋壳中含有大量钙、镁、铁等元素和一些有机物, 其中钙( CaCO3 )含量高达95%左右。

测定蛋壳中钙镁总量方法有配位滴定法, 酸碱滴定法,高锰酸钾滴定法, 原子吸收法等。

这些方法经过多次实验比较[ 4] , 其中配位滴定法所得的实验结果较稳定, 精密度高, 能得出较为准确的实验数据。

2.. 蛋壳中钙的利用人体中的钙元素主要以晶体的形式存在于骨骼和牙齿中。

现代医学研究证明, 缺钙会造成人体生理障碍, 进而引发一系列严重疾病。

根据2002年中国居民营养与健康!调查报告显示, 我国人民钙缺乏状况仍然很严重, 居民钙的日摄入量为391 毫克, 仅相当于推荐摄入量的41%。

仅仅依靠日常饮食, 很难达到医生建议的钙摄入量。

鸡蛋蛋白调控胆固醇吸收的研究进展
黄晶;马美湖
【期刊名称】《中外食品》
【年(卷),期】2013(000)010
【摘要】上世纪有学者认为过多地摄入蛋类会引发人和动物体内血清胆固醇过多,进而导致心血管疾病,使得蛋类的消费和利用受到很大的冲击.这个结论受到很多学者的质疑,随后大量的实验证明,鸡蛋胆固醇的摄入与人体血清胆固醇的浓度并不相关,甚至是负相关.现在已经有很多研究表明鸡蛋的中的一些特殊的活性成分,例如蛋黄磷脂、多不饱和脂肪酸、卵粘蛋白等具有降胆固醇生物活性,它们能够通过抑制人体胆固醇吸收来降低血清胆固醇浓度.本文就鸡蛋蛋白调控胆固醇吸收的研究进行综述.
【总页数】9页(P16-24)
【作者】黄晶;马美湖
【作者单位】华中农业大学食品科技学院,湖北武汉430070;华中农业大学食品科技学院,湖北武汉430070
【正文语种】中文
【相关文献】
1.胆固醇吸收调控药物临床研究进展 [J], 刘勇;庞国勋;王学超
2.天然活性物质调控鸡蛋胆固醇的研究进展 [J], 欧阳克氙;刘建平;蔡力创
3.动脉粥样硬化——细胞生物学与脂蛋白-胆固醇吸收抑制剂：高胆固醇血症治疗方法 [J], 石毅;惠汝太
4.鸡蛋胆固醇调控研究进展 [J], 孙亚丽;邹晓庭
5.鸡蛋胆固醇含量调控研究进展 [J], 陈宝江
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鸡蛋中的物理原理物理是一门以观察和实验为基础的科学。

爱因斯坦说：“喜爱比责任是更好的教师。

”在教学中，有意识地引导学生联系生活实际，分析物理现象；利用身边物品，进行物理实验，都能激发学生的学习兴趣，加深学生体会。

在这里说说鸡蛋中的物理知识：1、液体蒸发吸热实验：把刚煮熟的鸡蛋从锅内捞出，直接用手拿时，虽然较烫，但还可以忍受。

过一会儿，当蛋壳上的水干了后，感到比刚捞上时更烫了。

分析：因为刚刚捞上来的蛋壳上附着一层水膜，开始时，水膜蒸发吸热，使蛋壳的温度下降，所以并不觉得很烫。

经过一段时间，水膜蒸发完毕。

由鸡蛋内部传递出的热量使蛋壳的温度重新升高，所以感到更烫手。

2、热胀冷缩的性质实验：把煮熟捞起的蛋立刻浸入冷水中，待完全冷却后，再捞起剥落。

分析：首先，鸡蛋刚浸入冷水中，蛋壳直接遇冷收缩，而蛋白温度下降不大，收缩也较小，这时主要表现为蛋壳在收缩。

其次，由于不同物质热胀冷缩性质的差异性，当整个蛋都完全冷却时，组织疏松的蛋白收缩率比蛋壳大，收缩程度更明显，造成蛋白蛋壳相互脱离，剥蛋壳就更方便了。

3、验证大气压存在实验：选一只口径略小于鸡蛋的瓶子，在瓶底热上一层沙子。

先点燃一团酒精棉投入瓶内，接着把一只去壳鸡蛋的小头端朝下堵住瓶口。

火焰熄灭后，蛋被瓶子缓缓“吞”入瓶肚中。

分析：酒精棉燃烧使瓶内气体受热膨胀，部分气体被排出。

当蛋堵住瓶口，火焰熄灭后，瓶内气体由于温度下降，压强变小，低于瓶外的大气压。

在大气压作用下，有一定弹性的鸡蛋被压入瓶内。

4、浮沉现象实验：把一只去壳鸡蛋，浸没在一只装有清水的大口径玻璃杯中。

松开手后，发现鸡蛋缓缓沉入杯底。

捞出鸡蛋往清水中加入食盐，调制成浓度较高的盐溶液。

再把鸡蛋浸没在盐溶液中，松开手后，鸡蛋却缓缓上浮。

分析：物体浮沉情况取决于所受的重力和浮力的大小关系。

浸没在液体中的物体体积就是它所排开液体的体积，根据阿基米德原理可知物体密度与液体密度的大小关系可以对应表示重力与浮力的大小关系。