仿生合成一直是材料学家、化学家和生物学家们关注的焦点。不少研究发现,贝壳等天然材料中存在的少量有机基质是调控其形成具有独特堆叠六边形桥的关键因素,当碳酸钙晶体以此类特殊结构进行自组装时,有机物质填充在六边形碳酸钙颗粒周围充当生物水泥的作用,使其拥有优异的硬度和韧性。但天然材料生长缓慢,为了能快速大量地合成具有类似结构及晶体形貌的材料,本文拟将微生物诱导生成碳酸钙的生物合成方法引入仿生体系,利用多种物质调控其生物矿化过程,观察生成的碳酸钙微观结构及晶体类型,以达到快速模拟生成天然材料的特殊形貌和晶体类型的目的。本研究首先系统地对比了有机钙源与无机钙源在生物矿化过程中的不同效果,选择其中一种钙源作为后续研究。接着本文从文献中报道过的体外调控生物矿化的调控因素中,筛选具有特殊功能的有机基质或添加剂,研究微生物利用有机基质或添加剂,在微生物诱导生成碳酸钙的生物矿化过程中对于无机矿物成核、组装、生长的控制作用,以仿生合成具有特殊形貌的生物矿化物,具体研究内容如下:①以Mg²⁺为代表研究了无机离子对微生物矿化过程的调控,发现随Ca/Mg摩尔比的减小,晶体的形貌依次由不规则形状的中间态、球形的球霰石转变为由簇状、针状、片层状的文石型结晶,Mg²⁺离子浓度越大,越易形成纯的文石型碳酸钙。②以琼脂胶为代表研究了凝胶系统中微生物矿化过程的调控;发现在琼脂胶的调控下生成方解石型碳酸钙,不具有特定形状,颗粒不均,尺寸较大。③以海藻酸钠与Ca²⁺形成独特凝胶珠为代表,研究了钙源凝胶珠对微生物矿化过程的调控,发现所生成的碳酸钙为方解石型,碳酸钙微观结构为不规则多边形和立方体形。④研究了可溶性淀粉作为有机模板对微生物矿化过程的调控,发现所生成的碳酸钙为方解石型+球霰石型。晶形为片层状或簇晶状。⑤研究了鸡蛋清和鸡蛋黄作为有机模板对微生物矿化过程的调控,发现在鸡蛋清的调控下生成直径约在1.22μm².80μm之间的球形方解石型和文石型碳酸钙。在鸡蛋黄的调控下生成球形和纺锤形,直径约在4.99μm¹6.1μm之间方解石型和球霰石型碳酸钙。⑥研究了珍珠和贝壳中水可溶有机质对微生物矿化过程的调控,发现在珍珠中WSM的调控下生成不规则形状的方解石型和球霰石型碳酸钙;在贝壳WSM的调控下生成层片状,簇状方解石型和文石型碳酸钙。有机质浓度越大,碳酸钙颗粒尺寸越大。⑦研究了类珍珠蛋白—丝素蛋白对微生物矿化过程的调控,发现丝素蛋白诱导生成球霰石型碳酸钙,蛋白浓度越高,对碳酸钙晶形的影响越大综上所述:不同的有机基质或添加剂对微生物矿化过程具有不同的影响,通过使用不同的有机基质或添加剂,可得到千差万别的碳酸钙材料,从而为生物新材料的开发提供理论参考。