无机化学大学排名

第一篇：无机化学大学排名

无机化学

排学校名称

名

级 名 等排

学校名称

级

名

等

排

学校名称

等级

A+

A

南京大学 山东大学 郑州大学

A

A+

A

吉林大学 东北师范大学

A+

兰州大学

A

南开大学 武汉大学

A 清华大学

A

北京大学

A+

1A

0 复旦大学 同济大学

A

1A

厦门大学

A

A

中国科学技术大学 苏州大学

A

中山大学 浙江大学

1A

B+等(26个)：北京师范大学、黑龙江大学、福州大学、湖南大学、北京理工大学、四川大学、中南大学、北京化工大学、华中科技大学、哈尔滨工业大学、安徽大学、长春理工大学、西北大学、天津大学、华东理工大学、山西大学、上海交通大学、宁波大学、上海大学、山西师范大学、大连理工大学、辽宁师范大学、辽宁大学、暨南大学、陕西师范大学、河南大学

B等(25个)：广西师范大学、河南师范大学、青岛科技大学、西北师范大学、河北大学、华东师范大学、华南理工大学、新疆大学、南昌大学、武汉理工大学、汕头大学、河北师范大学、曲阜师范大学、哈尔滨师范大学、安庆师范学院、安徽师范大学、内蒙古大学、华中师范大学、贵州大学、湖北大学、中北大学、沈阳化工学院、云南师范大学、江苏大学、西南大学

第二篇：无机化学论文

化学论文

化学是研究物质的性质、组成、结构、变化和应用的科学。自有人类以来就开始了对化学的探索，因为有了人类就有了对化学的需求。它与我们的生活息息相关，在我们的日常生活中无处不在。我国著名滑雪前辈杨石先生说：“农、轻、重、吃、穿、用，样样都离不开化学。”没有化学创造的物质文明，就没有人类的现代生活。人是社会的人，社会是人的社会，因此可以从人与化学的关系去探讨化学对社会发展的重要性。化学作为一门庞大的知识体系，能用来解决人类面临的问题，满足社的需要，对人类社会做出贡献。它的成就已成为社会文明的标志，深刻的影响着人类社会的发展。社会的发展离不开人类的发展，人类的发展离不开人的生存，而人的生存离不开化学。社会的一切发展，生命是基础。一切生命的起源离不开化学变化，一切生命的延续同样离不开化学变化。恩格斯说：“生命的起源必然是通过化学的途径实现的。”没有化学的变化，就没有地球上的生命，也就更不会有人类。是化学创造了人类，创造了美丽的地球。

就化学对人类的日常生活的影响来说，化学在我们的日常生活中无处不在。首先，我们的衣、食、住、行无一不用到化学制品。“民以食为天”，我们吃的粮食离不开化肥、农药这些化学制品。1909年哈伯发明的合成氨技术使世界粮食翻倍，如果没有他发明的这个化学技术，那么世界上就有一半的人得不到温饱，那么世界上就多了一半的人的生命面临危机了。加工制造色香味俱佳的食品就更离不开各种食品添加剂，如甜味剂、防腐剂、香料、味精、色素等等，多是用化学合成方法或化学分离方法制成的。如果没有合成纤维的化学技术，那世界上大多数人就要挨冻了，因为有限的天然纤维根本就不够用。我国1995年的化学纤维产量为330万吨，其中90%是合成纤维。何况纯棉纯毛等天然纤维也是棉花、羊毛经化学处理制成的。再有就是合成橡胶，少了合成橡胶，世界上60亿人口又有多少亿人要穿草鞋过冬啊？合成染料更使世界多了一道多彩缤纷的亮丽风景线。所谓“丰衣足食”，是生命得以延续的保证。没有了化学，就没了保证。再看我们住的房子，石灰、水泥、钢筋，窗户上的铝合金、玻璃、塑料等材料，哪件不是化学制品？离得了铝合金的木制的窗户，也离不开化学制品油漆；就算不用玻璃吧，像一些贫穷人家用的尼龙布甚或用的报纸，不是化学制品又是什么？还有我们的日常生活用品，如牙刷、牙膏、香皂、化妆品、清洁用品等等无一不跟化学沾边，都是化学制剂。我们的健康长寿也与化学息息相关。体内某些化学元素平衡失调时，就会导致某些危害人类健康的疾病。1965年和1981年，我国在世界上首次合成了牛胰岛素和酵母丙氨酸转移核糖核酸。蛋白质和核糖的形成是无生命到有生命的转折点。自此我们人类对自身的了解有了新的突破，为我们人类对生命和健康的研究打下了基础。正是有了合成各种抗生素和大量新药物的技术，人类才能控制传染病，才能缓解心脑血管病，使人类的寿命延长25年。人类的健康成长离不开各种营养品和药品。如果没有这些化学药品，世上不知有多少人要受病魔的折磨，不知有多少人会被病魔夺去生命。· 生命体中支撑着生命的是无数的有机化合物，重要的有糖类、蛋白质、氨基酸、肽键、酶、核酸等。糖是自然界存在的一大类具有生物功能的有机化合物。它主要是由绿色植物通过光合作用形成的。它由C、H、O所组成，化学式为Cn（H2O）n，又叫碳水化合物。糖类包括单糖、多糖、淀粉、糖原、纤维素。生物界对能量的需要和利用均离不开糖类。糖类物质的主要生物功能就是通过生物氧化而提供能量，以满足生命活动的能量需要。生物界对太阳能的利用归根到底始于植物的光合作用和CO2的固定，与这两种现象密切相关的都是糖类的合成。光合作用是自然界将光能转化变为化学能的主要途径。糖类不仅是生物体的能量来源，而且在生物体内发挥其它作用，它对各类生物体的结构也起着支持和保护的作用，有时还起到解毒的作用等。总之，糖类是生命体维持生命所不可或缺的。· 蛋白质亦然。所有蛋白质都含C，N，O，H元素，大多含S或P，有的还含其它元素。蛋白质是氨基酸聚合物，水解时产生的单体叫氨基酸。蛋白质种类繁多，功能各异。它的广泛而多变的功能决定了它们在生理上的重要性。有的蛋白质起运输作用，有的起调节或防御作用。酶也是蛋白质，起催化作用，对生命体的新陈代谢起至关重要的作用。核酸是由核苷酸组成。核酸分为核糖核酸（RNA）和脱氧核糖核酸（DNA）两大类。DNA是生物遗传物质，它们都是控制遗传的关键，其中DNA的重组技术是遗传工程研究的主导技术。遗传工程的研究的发展将为人类解决面临的食品与营养、健康与环境、资源与能源等一系列重大问题开辟新途径，也具有极大的经济发展潜力。如果采用DN重组及细胞融合等技术改造苏氨酸、色氨酸、赖氨酸等氨基酸的生产菌，氨基酸的含量就能提高几十倍，生产成本就大大降低。这些氨基酸产品广泛用于营养食品、助鲜及饲料添加剂等生，从而部分代替了粮食产品。如果生物固氮的遗传工程能培养出自行供氮的作物，使一切植物如小麦、水稻、玉米等都像豆科植物一样能自行固定分子态氮并转化成能被植物吸收的状态，能直接利用空气中的氮，不仅可以提高作物产量，增加作物的蛋白质含量，还能大大节省化肥，降低生产成本，减轻环境污染。总之，现代生活与化学是紧密相连不可分割的。不管是生命本身作为一个过程，还是生命得以维持所必须依赖的外在物质条件，都离不开化学。没有生命还有化学，没有了化学就绝对不会再有生命存在。化学是生命存在的支柱，也是社会存在和发展的支柱和动力。

日常生活以及材料、能 源、环境、生命科学等诸多问题，都体现了化学与 人类、社会发展的密切关系以及化学发展的最新 成果。随着生活水平的提高，人们越来越追求健康、高品位的生 活，化学与生活的联系也日趋密切。只要你留心观察、用心思 考，就会发现生活中的化学知识到处可见。化学是一门自然科 学，有着丰富的实验内容。化学本应是一门生动的、贴近生活 的、探求自然奥秘的一门学科。生活中充满着化学的踪影，化学 就在我们身边，用化学知识可以解决生活中的实际问题。化学可 以服务于社会，服务于其它学科，服务于人类自身。21世纪的生活对化学的要求和利用会日益 加大，人们对衣、食、住、行等各个方面新的需求都 与化学紧密相连。基因疗法、转基因食品、干细胞 技术、生态环保型服装、智能材料、生物质洁净能 源、纳米生物技术等，人们要用化学方法不断创造 新的化学产品；创造新药品战胜癌症、艾滋病、SARS等病毒性疾病；战胜老年性痴呆、心脏病与 中风等影响健康长寿的顽疾。

在21世纪，生物化学领域对于生物结构的研 究已经从静态进入动态，从分子结构进入分子以 上甚至细胞层次的复杂结构研究，对生物功能分 子的结构、性质、功能三者关系的研究从单一分子 进入多分子体系以至细胞体系的研究。现代技术 已经能够分离和鉴定对制造特殊蛋白质有指令作 用的基因，然后把这些基因结合到生物体如酵母 菌中以制造人们所期望的蛋白质。例如对人类有 重要作用的胰岛素或人体生长素，科学家可以通 过化学的方法来改变基因以修饰其序列，生成更 好性质的蛋白质。二十一世纪有一个特别受到关 注的领域，即人体基因组的序列化问题，人体中所 有重要蛋白质都是在基因的指导下制造出来的，基因组指在细胞核中的遗传性DNA 的全部物 质，它携带着成千上万单独的基因，每一个都包含 有数百个或更多的DNA单元，起着密码信的作 用；人体中有数以亿计的这种单元，要找出人体这 种基因序列并对每种基因中的化学序列进行测 定。进一步了解生命的化学本质和重要性以及对 健康的重要性是十分重要的。在二十一世纪医疗 卫生领域内可能最令人感兴趣的新领域之一是基 因疗法。人体有些疾病并不是由于某种微生物的 侵害而引起的，而是和我们自身的基因缺陷有关。总之，在21世纪，化学与国民经济各个部门、尖端科学技术各个领域以及人民生活各个方面都 有着密切联系。它是一门重要的基 础科学，它在 整个自然科学中的关系和地位，正如 [美]Pi— mentel GC在《化学中的机会——今天和明天》一 书中指出的“化学是一门中心科学，它与社会发展 各方面的需要都有密切关系。”化学与其他学科的 交叉将是21世纪科学发展的必然趋势，生命科 学、材料科学、环境化学、绿色化学、能源化学、药 物化学、计算化学、纳米化学等众多新兴的交叉领 域将大大地改变传统的化学科学的范畴与意义，并已经改变且将更大程度上改变社会和个人的生 存、发展及生活方式。化学的作用是巨大的，化学是人们研究世界奥秘的途径之一。

第三篇：《无机化学》教案

《无机化学》教案

山东德州学院化学系 王新芳

一、教学课题：配合物的价键理论（Valence Bond Theory）

二、教学目的：掌握配合物的价键理论及理论的应用

三、教学重点：正确理解价键理论

四、教学难点：运用价键理论解释配合物的形成和空间构型

五、教学用品： 烧杯、滴管、硝酸银溶液（2M）、氯化钠溶液（2M）、盐酸溶液（2M）、氢氧化钠溶液（2M）、氨水（2M）

六、教学方法：课堂讲授＋演示实验

七、教学手段：多媒体

八、教学过程：

（一）新课导入：

首先做两个演示实验：

1、取三支试管，将硝酸银溶液和氯化钠溶液混合，出现白色沉淀。

（板书）AgNO3+NaCl=AgCl(白色沉淀)＋NaNO3

2、在上述三支试管中，分别滴加盐酸溶液、氢氧化钠溶液和氨水，前两支试管无现象，第三只试管中白色沉淀消失。

（板书）AgCl(白色沉淀)+2 NH3·H2O=［Ag(NH3)2］+(无色)+Cl-+2 H2O AgCl既不溶于强酸,也不溶于强碱,却易溶于氨水,这是因为Ag+和NH3可以形成可溶性的[Ag(NH3)2]+配离子,它比AgCl更稳定，一个带正电荷的离子为什么会与一个中性的分子结合？怎样的结合使得它的稳定性如此高？今天我们就来学习配合物的价键理论。

（二）新课教学(PPt演示)

1、L．Pauling等人在二十世纪30年代初首先用杂化轨道理论来处理配合物的形成、配合物的几何构型、配合物的磁性等问题，建立了配合物的价键理论，在配合物的化学键理论的领域内占统治地位达二十多年之久。

2、价键理论的基本内容： ［1］中心离子或原子有空的价层轨道，配体有可提供孤对电子的配位原子。配合物的中心体M与配体L之间的结合，一般是靠配体单方面提供孤对电子对与M共用，形成配键M ←∶L，这种键的本质是共价性质的，称为σ配键。

举例讲解：在［Ag(NH3)2+配离子中，中心离子Ag+的价电子构型为4d(10)5S(0)5p(0),它有空

+的5S(0)、5p(0)轨道,配体NH3分子中的N原子上有一对孤电子对。［Ag(NH3)2］配离子中Ag+与配体NH3之间的结合，是靠NH3单方面提供孤对电子对与Ag+共用，形成2个配键Ag←∶NH3。

N原子的孤对电子进入5S(0)5p(0)轨道，而5S(0)5p(0)轨道不仅空间伸展方向不同，而且存在能级差，怎么会形成2个等同的σ配键呢？这就是价键理论的第二个要点所要说明的问题！

［2］在形成配合物（或配离子）时，中心体所提供的空轨道(sp, dsp或spd)必须首先进行杂化，形成能量相同的与配位原子数目相等的新的杂化轨道。

举例讲解：在配体(NH3)的作用下，中心离子首先提供一个空的5S(0)轨道和一个空的5p(0)轨道进行杂化，杂化后的2个SP杂化轨道再与2个(NH3)分子中上含孤对电子的轨道重叠形成配位键，由于Ag+的2个SP杂化轨道的空间排布为直线型的，所以［Ag(NH3)2］+配离子的空间构型也是直线型的。Ppt展示举例：

1、用价键理论所解释的［Ni(Cl)42-的形成和空间构型

2、用价键理论所解释的［Ni(CN)4］2-的形成和空间构型

讨论：在以上两个配离子中，相同的是中心离子，配体不同，我们看到中心离子提供了不同类型的轨道，杂化方式也不同，这又如何解释呢？这就是价键理论第三个要说明的问题。

［3］价键理论认为中心离子利用那些空轨道杂化，主要和中心离子的电子层结构有关，又和配位体中的配位原子有关。当中心原子相同时，就取决与配体的电负性。a、如配位体的电负性较小，如C(x=2.55)N(x=3.04)较易给出电子，对中心离子影响较大，使电子层结构发生变化，(n-1)d轨道中的成单电子被强行配对，可以腾出内层能量较低的轨道来接受配体的孤电子对。杂化形式为(n  1)d、ns、np杂化，称为内轨型杂化。这种杂化方式形成的配合物称为内轨型配合物(inner complexes)。b、如配位体的电负性较大，如F(x=3.98)Cl(x=3.16)O(x=3.44),不易给出电子，对中心原子影响较，使中心离子的电子层结构不发生变化，仅用外层空轨道(nS)(nP)(nd)进行杂化。杂化形式为ns、np、nd杂化，称为外轨型杂化。这种杂化方式形成的配合物称为外轨型配合物(outer complexes)。Ppt展示练习：试用价键理论解释

1、[Fe(CN)6]4-的形成和空间构型

2、[Fe(H2O)6]2+的形成和空间构型

（三）本节课小结

我们来总结一下：配合物的价键理论的核心是，形成配位键的必要条件是：中心体M必须有空的价轨道，而配体L至少含有一对孤对电子对。在配体的作用下，中心离子首先拿出一定数目的价层轨道进行杂化，杂化后的轨道再与配体中配位原子含孤对电子的价层轨道重叠形成配合物。价键理论比较简单明了，易于理解和接受，而且很好地解释了配离子的空间几何构型。我们知道物质的结构决定物质的性质，那么价键理论对配合物的性质（如配合物的稳定性和某些配离子的磁性）又是怎么解释的呢，我们将留待下次课学习。

（四）思考题：

请同学们课下查阅有关资料，分析思考内轨型配合物(inner orbital complexes)和外轨型配合物(outer orbital complexes)在键能、稳定性、磁性、等方面的性质会有何不同？并书写一篇小论文上交。

2007-11-30

第四篇：无机化学心得

无 机 及 分 析 化 学 心 得

班级：

姓名：学号： 无机及分析化学心得

经过一个学期对《无机及分析化学》这门课程的学习，我的感触颇多。因为我是一名转专业的学生，所以在大二的时候才开始上这门课。从一开始的自我想象容易，到自我感觉良好，到有点小小的紧张，再到立志要开始认真的学习，到感觉状态有所好转，再到充满自信。这其中的纠结、艰辛和自豪，不是一两句话就可以描述清楚的。再加上因为我想要获得保研的资格，因此我对于将这门课学好是持着一种前所未有的坚定心情。下面我就将会将我这一学期所收获的一一讲来。

从一开始的自我想象容易，这其中的莫名的自信感来自于因为我在高中的时候是一名理科生，当时的化学成绩自我感觉还行吧，所以在开学的时候说实话根本就没把《无机及分析化学》这门课当做我所学的重点去认真的准备。到后来在开学的第四周的时候开始上无机化学的第一节课，那节课老师在无心之间问了一句：“同学们，现在这个班上有多少人在高中的时候是学的文科啊？”当时我们就只看见前后左右的人都举手了，还认识到只有我们极少数的人是大二的师兄师姐，所以在当时出于身为少数理科生的骄傲和一点点身为师姐的骄傲对这门课的自信又多了一层（虽然其中没有什么联系，但在当时我还真就这么想了，现在想想当时还真幼稚）。在上了3、4节课的时候吧，紧张感开始出现了，在当时老师其实讲课是讲的很慢的，而我们差不多学到了胶体溶液那一节，当时在听胶团结构的时候，真的就只感觉眼前是一个个熟悉又陌生的字符在眼前飞舞，脑袋中是一片空白，感觉平时都听得懂得字怎么现在就不明白了呢？直到后来在课下复习的时候才渐渐的弄明白。比如：AgNO3溶液与过量的KI溶液反应制备AgI溶胶，其反应的方程式为：

AgNO3+KI=AgI+KNO3 又因为过量的KI溶液和固体AgI粒子在溶液中选择吸附了与自身组成相关的I-，因此胶粒带负电。而此时形成的AgI溶胶的胶团结构

-+x-+ 为: 【(AgI)m·nI·（n-x)K】·xK此时，（AgI)m为胶核，I-为电位离子，一部分K+为反离子，而且电位离子和反离子一起形成吸附层，吸附层与胶核一起组成胶粒。由于胶粒中反离子数比电位离子少，故胶粒所带电荷与电位离子符号相同，为负电荷。其余的反离子则分散在溶液中，形成扩散层，胶粒与扩散层的整体成为胶团，胶团内反离子和电位离子的电荷总数相等，故胶团是电中性的。而吸附层和扩散层的整体称为扩散双电层。

从那节课后我就开始认识到自己之前的想法是多么得错误，就算自己在高中的时候是一名理科生，相较于文科生多了一些比较基础的东西，但在学习知识上是容不得我们掉以轻心的。而且在经过了一年多没有对以前的知识进行复习的时间之后，根据德国心理学家艾宾浩斯发现的遗忘曲线，我对化学的基础知识早已就忘得差不多了，只剩下一些模模糊糊的印象。因此，在重新站在一条新的起跑线之后，我首先需要做的便是端正自己的学习态度，开始了预习、复习之旅。因为在课前的预习过程中对老师要讲的知识有了一个大体的框架结构，并将自己需要着重听的知识点标出，再经过课堂的认真听讲及课后对还比较模糊的知识点的复习，我对无极及分析化学这门课又重拾了自己的自信心，特别是在学到自己比较擅长的化学反应速率和化学平衡章节的时候，将之前因为自己的种种原因对无机及分析化学产生的恐惧感彻底祛除。

该章的要点和难点是：

1、反应速率方程，反应级数，基元反应。

2、从碰撞理论和过渡态理论理解浓度、温度和催化剂对反应速率的影响。

3、平衡常数表达式和标准平衡常数的计算。

4、非标准状态下自由能变化的计算（范特霍夫等温式），平衡常数和标准自由能变化的关系。

5、从热力学分析理解浓度、压力和温度对化学平衡移动的影响。在这里我就对其中的一个小小知识点做一点分析吧。如：满足能量要求的分子还必须处于有利的方位上才能发生有效碰撞。例如：反应2NO2(g)+F2(g)=2NO2F 反应机理为1）NO2(g)+F2(g)=NO2F+F(慢反应）2）NO2+F=NO2F（快反应）

情况1：由于分子具有的动能小于活化分子的最低能量，所以为非反应碰撞。

情况2：由于分子具有足够大的动能（活化分子），而且碰撞的相对方向正确，所以为反应性碰撞。

情况3：虽然分子具有足够大的能量，但是由于碰撞的方位不对，不会发生反应。由上面的推导我们可知：反应速率是由碰撞频率Z，分子有效碰撞分数f，以及方位因子p三个因素决定的v=Z*f*p。因此，满足能量要求的分子还必须处于有利的方位上才能发生有效碰撞。

经过一个学期对《无机及分析化学》的学习，我的收获颇多，不仅仅是知识上的，更为重要的是我知道了对待学习的态度从来都应该是严谨不能怠慢的。想学好化学就不要对它有任何的抵触和恐惧心理，要相信自己，只要方法得当功夫落到实处就能学好。并且它与其他理科有所不同，在记忆方面要下很大功夫，各种化学式、反应原理、性质都要牢牢地掌握，这是做题的基础，因此大家上课的时候一定要仔细记忆老师讲的重点对于记忆化学式、性质等有很大的帮助。并且我们要：1、总结经验规律：掌握无机化学中规律性的东西对于更好地掌握、理解无机化学反应及其原理是很有帮助的，因此在平时学习过程中应重规律的总结。2、善于归纳总结：在无机化学学习中，会发现无机反应式错综复杂，且种类繁多，想要全部记住，记准并非易事，但若在平时的学习中善于归纳总结，将所学的每一章节的内容归纳出其知识网络图，相信学好无机化学并非难事。3、结合实际生活，培养学习兴趣：学好无机化学，重在要有兴趣，培养学习兴趣能够使我们更有效地进行学习。结合生活实际，解释生活中常用的一些问题，或通过所学知识去解决一些与无机化学有关的问题，均能使我们能更近一步掌握和灵活运用所学知识，并逐步建立起学习兴趣。当然，以上仅是对课堂学习的一点补充，我们应该在认真听取老师的讲义并作好课堂笔记的基础上灵活运用以上方法，才能学好无机化学这门课。

第五篇：无机化学

骨与牙釉质组织的生物矿化及磷酸钙材料仿生合成研究进展 摘要：骨和牙釉是典型的有机基质介导生成的生物矿化材料，其中的矿物相都属于以磷灰石为主的钙磷酸盐系统，但有机基质的不同使得晶体尺寸、形貌及排列方式迥异．本文综述了有关骨和牙釉组织的生物矿化研究，重点探讨对这些天然牛物矿化组织的分级结构、基质蛋白的自组装及调控矿化机理的认识．在此基础上，磷酸钙材料的仿生合成以期应用于硬组织的缺损修复或再生医学也是目前的重要研究内容．生物体控制形成矿物质的过程称之为生物矿化．生物矿化材料的综合性能比起传统工艺下人工合成的相同成分的材料有诸多优点．将生物矿化的基本原理应用于材料化学，并结合包括纳米技术在内的先进材料合成与制备工艺，形成了仿生材料科学与技术，受到材料科学、物理、化学、生物、医学、以及电子工业等众多领域的关注．骨和牙齿的形成是典型的有机基质模板介导下的生物矿化过程，即矿物相的形核、生长、晶型、取向、大小、形状、有序排列等特性及热力学与动力学过程的调控都是在有机基质模板的介导下完成的．骨和牙釉中的矿物相，化学组成上都属于以碳酸磷灰石为主的钙磷酸盐系统，但晶体尺寸、形貌及排列方式则完全不同，这正体现了有机基质模板的调控功能在矿化过程中的关键作用．本文综述了有关骨和牙釉组织的生物矿化研究，重点探讨目前对这些天然生物矿化组织的分级结构、基质蛋白的自组装及调控矿化机理的认识．在此基础上，磷酸钙材料的仿生制备以期应用于骨与牙齿的缺损修复或再生医学也是目前的重要研究内容．

关键词：骨；牙釉；生物矿化；仿生合成 1 骨组织的生物矿化 1．1骨的分级结构

天然牛物材料的一个显著而独特的特征是其具有从微观、介观直到宏观尺度的精巧而复杂的分级结构．骨的分级结构已经有若干种表述.在这一模型中，骨组织被视为以矿化的胶原纤维为基本单元分级组装而成的一类材料，不同结构层次上的骨材料都具有与其功能相适应的力学性能．

第一级结构为构成骨的基本组分：水、羟基磷灰石、胶原蛋白及其他基质成分．骨中的羟基磷灰石含有碳酸根，若占据羟基位置称为A型碳酸磷灰石，若取代磷酸根则称为B型碳酸磷灰石，后者为骨中主要的矿物相．骨矿晶体形状为不规则的片状，厚度为2—5nm，宽度约为20nm，长度通常为40～60nm．骨中的胶原蛋白主要为I型，其分子是由三股多肽链相互缠绕而形成的，具有三重螺旋结构，这种原胶原 分子以相互错开四分之一的阵列规则排列构成胶原纤维，并形成了孔区与重叠区相互交替的周期性结构，周期大约为67nm¨¨．胶原纤维提供了矿物沉积的模板，矿物在孔区择优形核．目前较普遍的观点认为，某些非胶原件蛋白结合在胶原纤维的孑L区，提供矿物形核的位点并规范矿物的取向，还可起到桥接矿物与胶原的作用．骨矿的磷灰石晶体具有择优取向，其晶体学c轴相互平行同时平行于胶原纤维的轴向.这样就构成了骨的摹本结构单元一矿化的胶原纤维，这是骨的第二级结构．这些矿化胶原纤维进一步集结成束，形成骨的第三级结构，其中沿长轴方向相互平行排列是最常见的方式．第四级结构包含了胶原纤维束的不同排布方式，如平行阵列、无序编织排布、层板状结构、放射状阵列等．平行阵列在平行纤维骨中最为常见，其结构上的各向异性使得其在增强特定方向上的力学性能时最为有效．无序编织排布常出现在胚胎骨或骨折愈合的早期，这种结构的骨组织生成速度较快但不具有承重的功能．层板状结构是板层骨的典型特征，具有由一系列骨板构成的层状结构，每个骨板中的胶原纤维相互平行排列，相邻骨板中的胶原纤维取向互成一定角度．放射状阵列是牙本质(与骨组织的组成较为接近)中的特征性结构．骨的第五级结构由称为哈佛氏系统或骨单位的圆柱状单元构成，其含有与板层骨类似的层板状结构，不同之处在于其多层骨板呈柱状布．个哈佛氏系统或骨单位一般是由4～20个同心骨板围绕哈佛氏管构成的，典型的骨单位的直径约为150—250斗m．就力学性能而言，尽管轴向的力学性能仍然高于径向的力学性能，但哈佛氏系统力学各向异性的程度已经大大减弱，这对于骨组织适应多种类型的力学环境是必要的．哈佛氏系统与骨组织的重塑活动密切相关．骨的最后两级结构涉及骨的组织学和解剖学，骨可被视为一种多孔材料，皮质骨的孔隙率约为5％一30％；松质骨是由板状或棒状的骨小梁相互交织构成的三维多孔网络，其孔隙率高达90％，骨小梁的排列受生物力学规律的控制，孔洞大小不一但彼此贯通，孔中充满骨髓组织．松质骨和皮质骨的表观密度(单位体积骨的质量)差别较大，松质骨O．1～O．99／cm3，皮质骨约为1．6～2．09／cm．

1．2胶原蛋白介导矿化的模型

骨的形成涉及成骨细胞的活动，成骨细胞合成分泌有机基质构成有序模板先于矿化发生，这一高度有序的胶原基质称为类骨质，类骨质随后矿化成骨．矿化既可发生于构造的胶原基质中，也可发生于细胞膜系统的基质囊泡中，其中胶原蛋白的有序自组装对矿物晶体的有序排列具有决定性作用．在胶原蛋白介导的矿化中，胶原纤维本身可提供钙化形核的功能点，早期观点认为胶原纤维的孔区可以直接引发磷酸钙盐的形核，目前较普遍的观点认为，胶原纤维主要是起结构框架的作用，其规则排列形成的周期性分布的孔区提供了矿物形核的模板，而结合在孔区内或附近的非胶原蛋白，尤其富含羧基或磷酸基团并具有B折叠构象的酸眭蛋白如骨涎蛋白等，则提供形核位点、控晶体取向并在矿物与胶原之间提供架桥．胶原蛋白分子富含甘氨酸、脯氨酸及羟脯氨酸，构成其超螺旋分子结构的三条多肽链均具有Gly—x—Y的特征氨基酸重复列．

胶原蛋白分子可简单视作直径1．23nm，长约300nm的棒状分子，一般认为五个分子平列，相互错开大约四分之一分子长度从而组装成为胶原微纤维幽J，具有孔隙区与重叠区交替分布的周期性有序结构．微纤维进一步组装成为胶原纤维和纤维束，相邻微纤维的孔隙区贯通形成沟槽以容纳磷灰石晶体在宽度方向上的长大．这种胶原蛋白介导矿化的模式是Landis等基于对矿化的火鸡肌腱的研究提出的．羟基磷灰石晶体首先形核于孔隙区，进而可生长扩展至重叠区，晶体c轴沿胶原纤维长轴择取向． 1．3骨基质蛋白与矿物相互作用的机理

基质蛋白与矿物晶体的相互作用，特别是有机一无机界面上的分子识别机理是生物矿化研究的核心内容之一．具体包括晶格几何特征的匹配、静电势相互作用、极性、立体化学因素、空间对称性和表面形貌等方面．

研究表明，胶原分子中大约11％的氨基酸残基含有羧基，在pH中性的溶液环境下，大部分可离解成为负电性基团，通过与钙离子的较强的亲和性而对矿化过程起到促发和控制的关键作用．此外，胶原超螺旋分子结构中的羰基也被认为可以与钙离子发生螯合作用，特别是在矿化过程的初期提供了矿物的形核位点．骨中的非胶原蛋白是矿物形核的关键调控因素．尽管含量很低，但多数属于酸性生物大分子，与钙离子较强的亲和性使得它们对矿物的形成具有促进和抑制的双重调节功能．蛋白分子中某些特定的二级结构构象如B折叠，可与骨矿晶体的特定晶面发生择优

相互作用，从而对矿物的形核及形貌施加影响旧引．骨钙蛋白是骨中含量最丰富的非胶原蛋白．Hoang等应用x射线衍射技术解析出了猪的骨钙蛋白的晶体结构，并提出了其与羟基磷灰石特定晶面相互作用的机理模型旧3|．猪的骨钙蛋白中包含三个a螺旋二级结构，进一步折叠成为一个独特的球状蛋白分子．其中a1螺旋上的三个^y一羧基谷氨酸残基(G1a17，G1a2l和Gla24)，以及a2螺旋上的一个天冬氨酸残基(Asp30)可以螯合五个钙离子，这些钙离子的空间排布具有一定的周期性，模拟研究表明其与羟基磷灰石晶体特定晶面上的钙离子晶格点阵具有高度的匹配性．

2牙釉组织的生物矿化 2．1牙釉的分级结构

成熟牙齿牙冠表面约1～2mm的部分是牙釉质，其矿物相含量可达95％以上，是人体内最硬的组织．作为牙本质的保护层，牙釉质直接承受咀嚼食物时产生的压力及摩擦力，并且需要在口腔中复杂的生理环境下行使功能．牙本质的成分与骨相似，其韧性较好，在牙釉质下面可起到缓冲的作用，有效避免牙釉质的脆性断裂．有关牙釉质、牙本质及两种组织结合处的结构特征和力学性能是众多研究的主题．

牙釉从纳米至宏观尺度的分级结构牙釉中的羟基磷灰石晶体与骨中的晶体有很大的不同，成熟组织中矿物结晶度较高，晶体c轴择优生长，形貌为长带状，具有很高的长径比，厚度与宽度为30～60nm，长度可达毫米量级旧瑚J．发育初期的矿物晶体为细长带状，厚度只有几个纳米，宽度为30nm左右，由于晶体高度取向，平行排列并首尾相接，使得对单个晶体长度的测量存在不确定性，有观察表明其长度至少可达300nmL2sJ．牙釉中不含胶原纤维，发育早期的有机基质主要成分为釉原蛋白，含量较丰富的非釉原蛋白包括成釉蛋白、釉蛋白及两种蛋白酶组分．牙釉的生物矿化也是在有机基质的介导下进行，与骨组织的不同之处在于，伴随组织发育的进程，尤其是成熟期，有机质绝大部分被酶解而消失，矿物晶体在厚度和宽度方向上长大并紧密接触．除了牙齿表面的矿物可发生有限的溶解一再沉积的物理化学过程外，牙釉组织不经历生理重塑过程，缺损后也不能自行修复．

在微米尺度上，牙釉的典型结构是由称为釉柱和柱间釉质的两种结构单元相互交织构成的．单个釉柱的直径约为3～5斗m，由上述c轴取向的带状磷灰石晶体集结成束而构成，一排釉柱平行排列，呈现层状结构，进而由多层釉柱构成复杂而有序的结构．柱间釉质填充了釉柱间的空间，同样是由磷灰石晶体平行堆垛而成，但两种结构中的带状晶体长轴方向互成一定的角度．釉柱的排布方式在物种间也有差别，如在啮齿类动物的门齿牙釉中，相邻两层釉柱的走向互相交叉成一定角度，而人类的牙釉中，这种“交叉”结构存在于更大的尺度上，其中多层平行排列的釉柱构成一组釉柱群，两种走向的釉柱群交替排布，形成了称为“Hunter．Schreger带”的结构．这种不同层级上的交叉结构对于防止微小裂纹的破坏性扩展是非常重要的．此外，在牙冠表面及接近牙本质的界面处往往形成无釉柱型结构或者过渡型结构．

2．2釉原蛋白的超分子自组装

牙釉组织的复杂结构与成釉质细胞的活动和釉质基质蛋白的特性密切相关．釉柱的发生及规则排布是细胞直接调控的结果，而纳米结构的构建是通过以釉原蛋白为主要成分的釉质基质的介导完成的，尤其是磷灰石晶体的独特形貌、尺寸、择优取向及规则组装．

发育初期的牙釉组织中有机基质含量约占三分之一，其中90％为釉原蛋白．全序列釉原蛋白分子富含脯氨酸、谷氨酸、组氨酸及亮氨酸，主体疏水性较强，而羧基端的十几个氨基酸序列具有较高的亲水性并存在带电基团的富集．目前对该蛋白分子的二级结构和三级结构的认识还很有限，部分原因在于其具有较强的团聚特性．研究表明釉原蛋白可自组装成为直径几十个纳米的球状团聚体，这种“纳米球”结构被认为是发育期牙釉组织细胞外基质的基本结构单元蛋白中进一步发现该蛋白可通过分子的逐级组装形成多聚体，“纳米球”及“纳米球链”，直至具有双折射特性的微米尺度的条带状高级结构L30捌J，以这种“微条带”为矿化模板在体外构建了高度取向的磷灰石晶体的平行规则排布，形貌上与发育期的釉柱结构有一定的相似性Ⅲ]，由此揭示了釉原蛋白自组装形成的“纳米球链”结构在牙釉矿化早期晶体的取向形核中起着重要调控功能∞1。．

理论计算和实验数据表明釉原蛋白单体具有不对称的双极性分子结构，其富集电荷的亲水羧基端保持较自由的结构，分子流体力学半径为2．2nm，单体分子通过疏水相互作用形成二聚体、三聚体及六聚体等，进而组装成为半径10～25nm的“纳米球”，以“纳米球”为单位可构建多种更高层级的结构，其中以lO～15个“纳米球”线性排列组装成的“纳米球链”结构可以使团聚体的体积最小化，因而对于釉原蛋白这样的疏水性分子在水溶液环境中保持稳定结构是较为有利的．“纳米球链”进一步的侧向结合最终组装成为微米级的条带结构，而釉原蛋白分子的双极性特性对这些结构的形成、稳定及有序化重构具有重要作用．目前多个研究小组正在致力于阐明上述釉原蛋白分级组装过程中的驱动力、分子内和分子间相互作用及影响因素．

2．3釉质基质蛋白与矿物的相互作用

釉原蛋白的亲水羧基端端肽对于分子与矿物相的相互作用非常重要．研究显示，该段氨基酸序列被酶解去除后的釉原蛋白易于形成较大的团聚体，而与磷灰石的亲和性则显著降低Ⅲ1．体外矿化的实验表明，该段序列对于从过饱和溶液中沉积的磷灰石晶体形成有取向的集束状结构是必不可少的p5|．在人类的釉原蛋白分子中，位于该片段的遗传缺陷可导致称之为釉质发育不全的疾病的产生∞引．根据生物矿化的一般性原则，该片段序列上带电基团的富集使其成为潜在的矿物形核功能位点，但相关机理目前还不清楚．釉原蛋白对矿物相的作用还体现在对晶体形貌的影响上．若干体外矿化实验均表明釉原蛋白可以增大磷酸八钙晶体的长径比，使原本片状的磷酸八钙晶体长成具有条带状的形貌，并且这种影响与蛋白剂量呈正相关旧7。38J，这种作用被认为是与釉原蛋白的疏水特性有关，导致蛋白与晶体不同晶面的相互作用产生差异，由于釉原蛋白在磷酸八钙晶体的(010)晶面上的强吸附使得晶体在对应晶向上的生长受到抑制，从而改变了晶体的形貌,釉蛋白是釉质基质中的酸性非釉原蛋白，与磷灰石有高度的亲和性，有可能在牙釉矿物的形核中起着关键作用，体外实验已经证明釉蛋白可以与釉原蛋白协同作用，促进磷灰石的形核旧引．另一种重要的非釉原蛋白——成釉蛋白具有钙结合位点，但其在矿化过程中所起的作用仍有待研究．

3磷酸钙系生物医用材料的仿生合成以羟基磷灰石为代表的磷酸钙陶瓷因为与骨骼和牙齿中矿物相的化学成分相近而成为备受重视的硬组织替代材料．这类生物活性材料具有优异的骨传导性能，并能够与骨组织形成化学键合，一般认为其键合机理是因为在材料表面形成一个生物活性的无细胞层，其中富含磷酸钙、粘多糖及糖蛋白，为胶原和骨矿的沉积提供了适宜环境．但传统生物活性陶瓷材料的一些内在弱点也限制了其应用，并促使人们发展先进的材料制备技术以获得性能更为优越的替代材料．基于对天然生物矿化过程和机理的认识，利用生物结构和系统，或者通过构建与生物结构和系统相类似的人工体系，模拟矿化过程，合成与天然生物矿化材料在成分、结构、过程控制、功能表达上均相似的人工材料，是仿生材料合成的一个重要研究内容．Mann将生物体内的矿化过程归纳为四个阶段．

近年来磷酸钙系生物医用材料的仿生制备研究已有很多．应用天然生物大分子及合成有机高分子材料作为模拟矿化的基质或模板，以构建结构上类似生物矿物的复合材料或复合薄膜材料．如stupp等合成了命名为有机磷灰石的生物材料H2躬1，通过短肽或聚电解质等控制磷灰石的形核及生长，获得纳米尺度的羟基磷灰石晶体，有机分子链段可嵌在矿物晶格中，尽管有机成分只有2％～3％的含量却可改善材料的机械性能，植入体内显示了优异的骨传导性能．该小组还合成了多肽双亲分子ⅢJ，一端为疏水的烷基链，另一端为具有带电基团的短肽序列，这种分子在特定条件下可自组装成为纳米纤维，形貌上模拟了胶原纤维，并且通过选择合适的短肽序列，在体外矿化的条件下可获得类似骨中矿物相择优取向生长的羟基磷灰石晶体．磷酸钙一胶原复合材料的仿生合成工作受到较大关注，特别是利用胶原自组装过程结合共沉积技术模拟矿化胶原纤维的分级结构．汪日志等通过共沉积方法获得了纳米磷灰石晶体在胶原基体内的均匀分布．张伟等使用不同配比的单体胶原和钙磷溶液，通过对pH值或温度的控制来引发胶原自组装成为纤维的过程，同时伴随纳米磷灰石晶体的形成，观察表明矿物的晶体学c轴择优取向平行于胶原纤维长轴新骨组织在其表面上的传导性生长，其表现与骨组织的生理性重塑过程具有组织学形态上的相似性．

天然生物硬组织中矿物相的纳米结构对于其力学性能和生物学功能极为重要，而有机分子或模板的调控是形成特殊纳米结构的关键．这一认识对目前新型生物医学材料的发展具有很大的指导意义．众多研究应用水热法、溶胶一凝胶法等结合有机分子或表面活性剂的模板作用能够可控制备多种纳米结构的磷灰石及生物活性玻璃m卸1．应用模拟体液进行的体外骨与牙齿是蕈要的生物矿化组织，并与人类健康息息相关．对骨和牙齿组织的深入研究，将进一步理解生物矿化过程的普遍机理，进而可提供材料合成的仿生策略，以制备与天然组织更为匹配的仿生生物医用材料，应用于人体硬组织缺损的修复．

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