蔡豪, 汪琦航, 邹朝勇

无机材料学报 2024, 39 (11): 1275-1282. DOI:10.15541/jim20240075

摘要（263）

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无定形碳酸钙(Amorphous Calcium Carbonate，ACC)在生物矿化中具有重要作用, 其结晶过程受到了人们广泛的关注。镁离子(Mg²⁺)能够有效调控ACC的结晶转变过程, 但其调控ACC转变为一水碳酸钙(Monohydrocalcite, MHC, CaCO₃·H₂O)晶体的作用机制并不清楚。本研究使用Mg²⁺作为添加剂, 采用自动电位滴定系统, 原位研究了ACC到MHC的转变过程, 发现Mg²⁺能够提升ACC的稳定性, 抑制方解石和球霰石的形成。ACC向MHC转变的过程中, 首先发生部分溶解, 随着Ca²⁺被消耗, 溶液中Mg/Ca摩尔比提高。Mg²⁺进一步吸附在ACC颗粒表面, 抑制ACC表面溶解, 促使其从内部溶解, 形成富含Mg²⁺的中空结构以及尺寸更小的纳米颗粒。随后, MHC通过颗粒聚集的方式结晶生长。这些结果解释了Mg²⁺调控ACC通过非经典结晶方式转变为MHC的机理, 加深了对以ACC为前驱体的生物矿化机制的理解。

为了更加深入了解从ACC转变为MHC的结晶过程, 本工作利用TEM分析了ACC不同阶段的结晶产物。图5(a, b)与SEM结果一致, 可以看出初始的ACC表面光滑且密度均匀。然后ACC表面粗糙, 并且出现融合的趋势, 表明ACC开始发生溶解。图5(c)显示此时ACC内部溶解而外壳保留, 出现非常明显的中空结构。图5(d)显示ACC相互黏结, 形貌已经不是规则的球形。从图5(e, f)中可以观察到纳米颗粒吸附在MHC晶体表面, 实现晶体生长。