生物礦化
生物礦化概念是圍繞生物礦物（biomineral）的形成過程和機制的闡明而發(fā)展起來的，最早在20世紀礦物學家研究“活組織形成的礦物”時被命名，這些生物礦物如化石、貝殼等。后因該研究對象涉及有機質，特別是與生物礦物有關的生物分子，如蛋白質、酶及遺傳物質DNA，所以研究生物礦化的科學家逐漸從礦物學家、地質學家擴大到有機化學家和生物學家。?
與無機礦化過程不同，生物礦化發(fā)生在一定物、化條件下生物大分子、生物代謝物、細胞、有機基質參與，并在生物的特定部位將體液中離子轉變?yōu)楣滔嗟V物的過程。生物礦化有兩種形式，一種是生物體代謝產物直接與細胞內、外陽離子形成礦物質，如某些藻類的細胞間文石；另一種是代謝產物在細胞干預下，在胞外基質的指導下形成生物礦物，如牙齒、骨骼中羥基磷灰石等。 生物礦化是自然界一種普遍現(xiàn)象，其歷史可長達5.5億年。生物成因礦物的沉積通常是通過一個專門器官來完成，這個過程開始于該生物胚胎發(fā)育早期階段，該器官含有能夠促進礦物晶體形成的有機基體，這些有機物可能是膠原蛋白，如后口動物或者軟體生物的幾丁質和多糖等化合物。依據(jù)分類統(tǒng)計，最常見的生物成因礦物是磷酸鈣和碳酸鈣，與有機大分子如膠原蛋白和幾丁質相結合組成生物的支撐結構骨骼和貝殼等。這些生物復合材料的結構單位小到納米級大到宏觀水平，最終形成具有多功能的復雜空間構建形態(tài)。所有6大門類的生物都有具有生物成礦的功能的物種，生物形成的礦物種類超過60種，如藻類和硅藻中的硅酸鹽礦物，無脊椎動物如軟體動物中的碳酸鹽，脊椎動物中的磷酸鈣和碳酸鈣混合物等，常常組成生物體的支撐結構如軟體生物的貝殼和哺乳動物及鳥類的骨骼。除了磷和鈣，其他元素如Fe、Ba等也會在細菌中以礦物形式出現(xiàn)，形成的產物通常有著特殊的用途，比如趨磁細菌的磁傳感器（Fe3O4）、重力傳感器（CaCO3、CaSO4、BaSO4）以及儲存和轉移鐵的鐵蛋白（Fe2O3?H2O）等。?
軟體動物殼是一種生物成因的復合材料，由于其在生物成礦上有著特殊的性能和型塑性，而成為材料科學領域主要的研究對象。軟體生物殼體成礦過程中，特殊的蛋白組分誘導晶核成長，決定著礦物相及形貌、生長動力學，最后決定殼體卓越的機械強度，軟體動物殼體中CaCO3占總重95%～99%，其他有機質占總重的1%～5%，由于有機質的參與，殼體斷裂韌性超過殼體晶體本身強度的3000倍。對軟體殼體結構進行闡述的仿生學研究和應用，促進了光學、電子和結構性質等領域新材料的誕生。 隨著有機物調控無機晶體成核長大及其相互作用機制研究的深入，材料科學家、醫(yī)藥學家和仿生工程專家也加入該領域的研究之列，并應用其中的原理和研究成果拓展到應用領域，如礦化膠原的骨移植材料、納米自組裝功能材料，以及可能抑制骨質疏松、血管鈣化、結石的藥物等。
