黏度对无定形碳酸钙相转化的影响-仿生矿化中的介质效应

无定形态是生物矿化中重要的中间体,许多因素都对转化过程有影响.在过去的仿生矿化研究中,人们通常关注于温度以及有机高分子添加剂等因素的影响.然而粘度,作为溶液的一种重要物理性质,它对无定形相转化的影响往往被人们所忽略,但真正的生物矿化过程恰恰是在一定的黏度环境条件下进行的.为了研究黏度对无定形碳酸钙相转化过程的影响,本文采用乙醇、乙二醇、二甘醇以及聚乙二醇系列(分子量分别为200、400、600)等惰性溶剂与水以5:1的体积比混合,得到不同黏度的混合液.然后将15mg人工合成无定形碳酸钙粉末加入10mL的上述溶液中,超声分散1小时,再加入2毫升水置于30℃,120r/min的摇床中,间隔一定的时间取样.经过离心沉淀,乙醇洗涤以及真空干燥得到样品.再采用傅里叶红外和X射线衍射、扫描电子显微镜等手段表征样品,以研究无定形碳酸钙的相转化过程,从而揭示黏度对转化过程的影响.实验发现:黏度对无定形碳酸钙的结晶转化过程有重要影响.在同一种分散剂体系中,结晶度随时间的延长而不断增加;在不同的体系中,相同时间内,结晶度随黏度的增加而降低.这是因为在粘度大的体系中,离子扩散速度受到制约,从而影响了晶体的生长,延缓了无定形碳酸钙的转化.随着反应时间的延长,高粘度体系中的无定形碳酸钙也逐渐结晶.另外,黏度对最终产物的形貌也有一定影响,低黏度体系中得到的是典型的菱形方解石,随着黏度的增大,产物棱角越来越不明显,在高黏度的聚乙二醇600中,得到的是椭球形的方解石,而且随着粘度的增大,产物趋向于团聚.实验结果表明:实验介质,特别是介质的黏度,虽然过去没有得到重视,但它在生物矿化的相转化过程中起到重要的作用,高黏度的介质可以有效地抑制无定形碳酸钙向方解石的转化过程.除此之外,产物的形貌、尺寸等其他性质也受到溶剂黏度的影响.