研究人员使用氨基酸调节纯方解石的硬度

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2016年5月4

纯方解石是一种脆弱的矿物，通常存在于白垩中。因此，建筑工程师不喜欢使用这种矿物作为建筑材料。然而，如果方解石被增强了两个或更多的因素，就像软体动物在进化过程中保护自己不受捕食者的伤害一样，它可能是一种合适的建筑材料。

顶部:嵌在晶格中的天冬氨酸分子。中间:晶体中的位错，用黑线表示，被分子缠住了。下:位错切割了一个分子。分子中共价键的强度最终决定了晶体的硬度。(来源:妮可·怀尔斯)

然而，对于建筑工程师来说，硬化方解石仍然不是建造房屋的首选材料。然而，基于其可获得性，这种矿物可以用于其他应用，并可以为低强度制造要求提供合适的替代方案。

一个国际研究小组康奈尔大学和英国利兹大学合作进行了一项广泛的研究，发现添加氨基酸有助于控制和增加纯方解石的变形阻力。本文题为通过加入氨基酸来调节方解石的硬度刊登在《自然材料》杂志上。欧洲杯足球竞彩

为什么海洋底部的软体动物可以制造出一个方解石晶体，其坚硬程度是天然形成的纯地质方解石的两倍?

Shefford贝克,康奈尔大学材料科学与工程系副教授欧洲杯足球竞彩欧洲杯线上买球

这是贝克和劳拉·埃斯特罗夫(Lara Estroff)试图通过几年的研究解决的问题。埃斯特罗夫也是材料科学与工程副教授，也是康奈尔大学纳米科学Kavli研欧洲杯足球竞彩究所的成员。欧洲杯线上买球他们与一个国际研究小组合作，这项研究由来自利兹的yiyeoun Kim和Fiona Meldrum共同领导。其他合作者包括前研究生Miki Kunitake和现在康奈尔大学的研究生Joseph Carloni，他们都是由Baker和Estroff共同建议的，还有另外9个来自以色列和英国。

我不认为所有这些团队，在各自独立的情况下，能够写出这篇论文。我不认为所有的联系都能被理解。

Shefford贝克,一个ssociate Professor,康奈尔大学材料科学与工程系欧洲杯足球竞彩欧洲杯线上买球

解决方案在于氨基酸，如甘氨酸(Gly)和天冬氨酸(Asp)，当引入精确的、控制的数量时，单晶方解石的硬度增加到与自然存在的生物方解石相似的值。为了模拟模型生物矿物，将单晶方解石样品生长在含有Gly或Asp的溶液中，根据溶液的分子浓度测定矿物质中氨基酸的含量。本实验由Meldrum组进行。

这真的是一个突破，能够很好地控制和量化单晶体中氨基酸的数量。

劳拉·埃斯特罗夫，康奈尔大学材料科学与工程系副教授欧洲杯足球竞彩欧洲杯线上买球

需要独特的方法和许多研究人员的专业知识来描述这些晶体的结构。柯斯蒂·彭克曼的团队(约克大学)能够准确测量方解石晶体中的氨基酸浓度，梅林达·杜尔的团队(剑桥大学)表明，分子是分开分布的，而不是成群分布的。

由谢菲尔德大学(University of Sheffield)的约翰·哈丁(John Harding)领导的另一个研究小组，进行了原子计算机模拟，以找出氨基酸分子是如何在方解石晶格中容纳的。金教授与英国钻石光源研究所(Diamond Light Source)和波阿斯•波克罗伊(Boaz Pokroy, Technion)的研究人员一起，对方解石晶格中的分子造成的扭曲进行了表征。

康奈尔大学的研究小组利用这些数据来确定分子之间以纳米为单位的距离，然后比较由纳米压痕确定的硬度。该团队最终证明，硬度是通过打破或切断氨基酸内部共价键所需的力来测量的。迄今为止，生物矿物样品的硬度是人造方解石中最大的，与生物方解石中定量的硬度相当。