微生物矿化
微生物矿化作用
微生物矿化作用
所谓的“矿化作用”是指在土壤微生物作用下，土壤中有机态化合物转化为无机态化合物过程的总称。
矿化作用在自然界的碳、氮、磷和硫等元素的生物循环中十分重要。
矿化作用的强度与土壤理化性质有关，还受被矿化的有机化合物中有关元素含量比例的影响。
土壤中复杂含氮有机物质在土壤微生物的作用下，经氨基化作用逐步分解为简单有机态氨基化合物，再经氨化作用转化成氨和其他较简单的中间产物。
氨化作用释出的氨大部分与有机或无机酸结合成铵盐，或被植物吸收，或在微生物作用下氧化成硝酸盐。
土壤中部分有机态磷以核酸、植素和磷脂形式存在，在微生物的作用下分解为能被植物吸收的无机态磷化合物。
在生物体内形成无机矿物的过程。
与一般矿化不同之处是此过程中有生物体代谢、细胞、有机基质的参与。
生物矿化有两种形式。
一种是生物体代谢产物直接与细胞内、外阳离子形成矿物质，如某些藻类的细胞间文石。
另一种是代谢产物在细胞干预下，在胞外基质的指导下形成生物矿物，如牙齿、骨骼中羟基磷灰石的形成。
微生物矿化
1.生物矿化作用原理
生物矿化作用是生物形成矿物的作用，是在生 物的特定部位，在一定的物理化学条件下，在 生物的有机物质的控制和影响下，将溶液中的 离子转变为固相矿物的作用。
1.1生物矿化作用类型
根据受生命物质的制约程度，生物矿化作用可 分为生物诱导矿化作用和生物控制矿化作用两 种，其间存在着一系列的过度形式。生物对矿 化作用的控制程度取决于他的演化程度、矿化 机体和矿化能力。两种生物矿化作用可发生于 同一生物体，甚至同一组织中。
铁、锰、钒的微生物催化转化：生物与矿物质之间的 相互作用在分子水平上可被阐明，从本质上解释了生 物指示矿床存在、生物形成矿物，生物溶浸矿物具有 密切关系。生物与矿物，生物大分子与金属离子或氧 化物、氢氧化物之间的相互作用是支配这些生物过程 的基础。金属及其氧化物与微生物呼吸相耦合，涉及 到水 - 矿物 - 微生物界面电子传递过程，利用微生物 电池进行研究胞外电子传递，不但可以揭示生命起源 的重大理论问题，也可用于指导环境修复等应用的突 破。比如粘土型钒矿，从形成到利用，以至在生物医 学的应用。
人们通过各种有机物，包括多糖、蛋白质、多 肽、氨基酸、其它小分子有机物、人工合成高 聚物、DNA等等，对碳酸盐、磷酸盐、硫酸盐、 硫化物、氧化物、氢氧化物等很多材料进行了 模拟矿化，得到了很多有用的结果。但是，从 仿生的程度上来说，结构上仍然离自然矿物差 得很远，过程上还没有很好地达到有效的无机 -有机有序组装，功能上自然无法与生物矿物 想媲美。
化学家和材料学家开始对生物矿物进行形貌观察， XRD分析，提取其中的有机物，在实验室里诱导无机 物沉积，后来用人工合成的高分子、多肽以及其它动 物体中提取的蛋白质等，对无机物做晶型和形貌调控， 取得了非常大的成绩——发了很多好文章，非常漂亮 的SEM和TEM图片。但是，很少有工作深入到无机有机界面作用的，或者进入了，但不够深入。目前， 大家解释一种新的晶型和形貌的出现的时候，仍然套 用Mann S在二十多年前提出的晶格几何匹配、立体化 学匹配等非常模糊的概念。在一种体系中所得到的结 论，很难应用到其它体系的解释。
微生物矿化作用在混凝土裂缝自修复中的应用
工程施工Construction– 154 –混凝土具有抗压强度高、低成本等诸多优点，是目前世界上使用量最大的建筑材料之一。
但其最大缺陷就是抗拉强度低，使得混凝土结构在使用过程中易产生裂缝，使空气中易对钢筋锈蚀的有害物质更容易进入，导致其承载能力和耐久性降低，大大缩短结构的使用年限。
传统的修补材料，如环氧类树脂、高分子灌浆材料等存在易老化、与混凝土相容性差等缺点。
近年来，微生物矿化作用自修复技术通过将Ca 2+转化为CaCO 3，使混凝土裂缝自行愈合。
相对于传统修复材料，微生物自修复技术的产物与混凝土基体相容性好，能提供不间断的修复、不会对环境造成污染，从而节省了大量资金。
1 微生物矿化作用自修复混凝土裂缝机理微生物矿化作用是由一系列复杂的生物化学反应组成的,某些嗜碱性微生物利用自身产生的尿素酶将尿素水解为NH 3和CO 2，而NH3的增加会使周围pH值升高，使得CO 2在溶液中以CO 32-的形式存在。
这时如果细菌周围有Ca 2+,细菌细胞中带负电荷的有机单层膜就会不断地螯和Ca 2+，从而引起CaCO 3沉积来修复混凝土裂缝。
在诱导CaCO 3沉积的过程中，微生物的作用不仅仅是生成尿素酶，而且还为CaCO 3的沉积提供成核地点[1]。
混凝土裂缝自修复是指预先将微生物和混凝土进行拌合，后期与混凝土一起浇注成型。
微生物在混凝土中处于休眠状态。
当成型后的混凝土结构开裂后，空气中的一些对细菌有益成分便会进入到裂缝中，此时混凝土中的细菌便会被激活，而后会利用生命活动诱导CaCO 3进行沉积，从而封堵裂缝的过程[1]。
2 微生物自修复混凝土的影响因素2.1 pH。
pH通过引起细胞膜电荷的变化影响微生物对营养物质的吸收。
试验表明随着微生物代谢活动的进行，产生了大量的NH 4+和OH -，导致pH值上升，当pH值达到碱性条件下，开始出现沉积物。
但PH值越高，对微生物活性的影响越大，其矿化能力也会受到约束甚至抑制[2]。
有机氮矿化微生物
有机氮矿化微生物有机氮矿化微生物是一类在土壤中起着重要作用的微生物群体。
它们通过分解有机物质，将有机氮转化为无机氮，使其能够被植物吸收利用。
这一过程被称为有机氮矿化。
有机氮矿化微生物在土壤生态系统中具有重要的功能和意义。
有机氮矿化微生物是一类广泛存在于土壤中的微生物。
它们包括细菌、真菌和放线菌等。
这些微生物通过分解有机物质，将有机氮转化为无机氮。
在这一过程中，它们分泌出酶类，将有机物质降解为较小的分子，然后通过代谢作用将有机氮转化为无机氮。
这些无机氮化合物包括铵离子（NH4+）和硝态氮（NO3-）等。
有机氮矿化是土壤中氮循环的重要环节。
有机氮是土壤中的主要氮源，但植物只能吸收无机氮。
因此，有机氮矿化微生物的活动对于植物的生长和发育至关重要。
通过有机氮矿化微生物的作用，有机氮得以转化为无机氮，进而被植物吸收和利用。
这一过程不仅为植物提供了养分，还有助于维持土壤中氮的平衡。
有机氮矿化微生物还具有其他重要的生态功能。
它们参与了土壤有机质的分解和转化过程，促进了土壤的肥力。
通过分解有机物质，有机氮矿化微生物释放出大量的养分，为植物生长提供了必要的条件。
此外，它们还参与了土壤中的氮捕获和固定过程，有助于减少氮的流失和排放，维护了环境的稳定性。
有机氮矿化微生物的活动受到多种因素的影响。
土壤中的温度、湿度、pH值等环境因素对其生长和代谢活动具有重要的影响。
此外，土壤中的有机物质的种类和含量也会影响有机氮矿化微生物的活动水平。
因此，合理管理土壤环境和有机物质的输入，对于促进有机氮矿化微生物的活动具有重要的意义。
有机氮矿化微生物在农业生产中具有重要的应用价值。
通过合理利用有机氮矿化微生物，可以提高土壤的肥力和养分利用效率，减少化肥的使用量，降低环境污染的风险。
此外，有机氮矿化微生物还可以用于制备有机肥料和生物肥料，为农业生产提供可持续发展的解决方案。
总之，有机氮矿化微生物是土壤生态系统中不可或缺的一部分。
它们通过分解有机物质，将有机氮转化为无机氮，为植物提供了养分。
生物矿化与材料科学
生物矿化与材料科学生物矿化是一种重要的生物学过程，通过该过程，生物体能够在有机基质中生成具有特定功能和结构的无机矿化物质。
这一过程在自然界中广泛存在，并在材料科学领域中引起了广泛的研究兴趣。
本文将探讨生物矿化与材料科学之间的关系，介绍生物矿化的机制以及其在材料科学中的应用。
一、生物矿化的机制生物矿化是一种复杂的过程，涉及到许多微生物、植物和动物的参与。
生物体内的有机物质往往充当模板或催化剂，在无机物质的形成过程中发挥重要作用。
生物矿化可以分为生物诱导矿化和生物控制矿化两种机制。
1. 生物诱导矿化生物诱导矿化是指生物体通过分泌一些特殊的有机物质来诱导无机矿化物的形成。
这些有机物质通常具有特定的结构和功能，能够促进无机物质在生物体内的聚集和有序排列。
例如，某些微生物能够分泌特殊的蛋白质来诱导钙盐的沉积，这在珊瑚和贝壳中得到了广泛应用。
2. 生物控制矿化生物控制矿化是指生物体通过调控无机物质的形态和结构来控制矿化过程。
生物体内的一些分子可以通过特殊的相互作用来控制无机物质的晶体生长和形态。
例如，贝壳中的蛋白质能够在无机结晶的过程中干扰晶格的生长，从而控制贝壳的构造和性能。
二、生物矿化在材料科学中的应用生物矿化在材料科学中具有广泛的应用前景，可以用于合成新型的功能材料和纳米材料。
1. 生物矿化模板合成生物矿化过程中的生物体或其产物可以作为模板来合成各种无机材料。
通过控制生物矿化过程中的条件，可以合成具有特定形状和结构的无机材料。
例如，利用生物体内的有机模板可以合成具有复杂结构和孔隙的材料，这对于催化、吸附和分离等应用具有重要意义。
2. 生物矿化修饰通过在材料表面进行生物矿化修饰，可以改变材料的表面性质和功能。
生物体所分泌的有机物质可以在材料表面形成一层薄膜，使材料具有特殊的化学活性和生物相容性。
这种修饰方法可以提高材料的生物相容性、抗污染性以及光学、电学等方面的性能。
3. 生物矿化的结构学研究通过研究生物矿化过程中无机物质的结晶和生长机制，可以揭示无机材料的自组装规律，进而指导新型材料的设计和制备。
微生物碳酸酐酶在矿化沉积中的研究进展
可 逆水 合反 应 ， 应生 成 的 Ｈ 反 会影 响 Ｃ Ｃ ａ Ｏ。的电离
平 衡 ， 应 式如 下 ： 反
之 一 。 对 微 生 物碳 酸 酐 酶 在 矿 化 沉 积 中的 研 究 现 状 进 行 了综 述 ， 述 了碳 酸 酐 酶 在 石 刻 文 物 保 护 、 境 生 物修 复 中 的应 阐 环
用 价 值 ， 对 微 生 物 碳 酸 酐 酶 的 进 一 步 研 究 进 行 了展 望 。 并 关 键 词 ： 酸 酐 酶 ； 化 沉 积 ； 刻 文 物 保 护 ； 物 修 复 碳 矿 石 生
微 生 物 碳 酸 酐 酶 在 矿 化 沉 积 中 的 研 究 进 展
张小 菊 ， 杨 娟 ， 横 江 李
（ 中科技 大 学武 昌分校城 市建设 学 院， 北 武 汉 ４ ０６ ） 华 湖 ３ ０ ４
摘
要 ： 酸 酐 酶是 一种 含 Ｚ 碳 ｎ的 金 属 酶 ， 要 催 化 Ｃ 主 Ｏ 和 ＨＣＯ￣ －之 间 的 转 换 反 应 ， 生 物 是 碳 酸 酐 酶 的 重 要 来 源 微
中 图 分 类 号 ： ３ ． ９ Ｑ ９ ９ ９
文献标识码 ： Ａ
文 章 编 号 ：６ ２ ４ ５ ２ １ ） ３ ０ ９ ０ １ ７ —５ ２ （ ０ １ ０ —０ １ － ３
碳 酸 酐 酶 （ ａ ｂ ｎｃａ ｈ ｄａ ｅ Ｃ 是 生 物 体 内 Ｃ ｒ ｏ ｉ ｎ ｙ ｒｓ ， Ａ） 普 遍 存 在 的 一 种 金 属 酶 ， 活 性 中 心 中 含 有 一 个 催 化 其
微生物矿化
Bnenett等认为微生物对岩石的风化作用并不是简单的 新陈代谢作用的副产品，而是微生物需要从特殊的矿 物中提取所需的有限的营养并促进微生物的生长和发 育， 连宾认为微生物对矿物表面的风化作用首先发生在其 表面最脆弱的部位，如棱角或微裂隙处，并逐渐向纵 深推进，同时微生物对具有不同晶体结构矿物的“选 择性”破坏作用，在有多种矿物同时存在的情况下， 微生物对较易分解的矿物破坏作用速度较快。
1.2生物矿化作用位置
生物矿化位置主要有胞内脂膜泡囊、胞外脂膜 泡囊、合胞体、有机基质和生物矿物体之间、 有机基质和细胞层之间、细胞层和生物矿物体 之间等六种空间。其中仅前者为胞内，后两者 为胞外。
1.3生物矿化作用过程
生物矿化作用过程可分为核化、沉淀或生长和 相变三个阶段。
生物矿化作用是一种广泛而复杂的固液相间， 有机物和无机物间的物理化学过程。它不仅受 热力学因素(如温度、压力、浓度、pH和Eh 等)、动力学因素(如核化、沉淀和相变等)控制， 也受生物学因素(空间、构架和化学等)控制。 生物通过设置矿化位，调节微环境，提供有机 基质，搬运离子，建立饱和溶液，添入附加剂 等，来控制生物矿化作用的方向和过程。
在力学材料方面，生物体通过组装无机-有机复合材料，克服了 无机物的脆性，利用了有机物的韧性，得到强度很好的力学材料。 除了众所周知的骨骼和牙齿是强度很高的生物材料以外，贝壳珍 珠层中的碳酸钙（文石）与有机物的复合结构，其断裂韧性是普 通文石的3000倍左右。贝壳分为两层，外层是棱柱状方解石与 有机物交替的复合材料，内层是片层状文石与有机物交替的复合 材料——不同组织中的有机物（蛋白质、多糖等）导致了不同晶 型和形貌的碳酸钙，而且，生物体能够非常完美地将无机物和有 机物复合起来，把“廉价易得”的碳酸钙作为自己的保护材料。 骨骼中的磷酸钙是Ca/P比小于1.67/1，约为1.5，是含有碳酸根 等离子的羟基磷灰石，有机物主要是胶原蛋白。牙齿中牙本质和 牙釉质中有机物不同，所以无机物形貌有所区别，但主要是含氟 的羟基磷灰石。
微生物的分解作用
微生物的分解作用
微生物的分解作用是指生物体组成以及其他有机物在微生物的作用下，通过一系列化学反应而分解成简单的化合物和元素，最终形成能够被生物系统重新利用的有机物。
它是土壤中重要的生命活动之一，也是土壤生态系统中重要的生物过程。
微生物的分解作用是微生物对有机物的分解过程，其中微生物利用有机物的有机碳，氮，磷，硫等元素，并将它们转化为可以再次被生物系统利用的单元，如小分子有机酸，氨基酸，核酸，糖，等。
通常情况下，微生物的分解作用是一个复杂的系统，它受到环境因素的影响，而且涉及到多种微生物的参与。
微生物分解作用可以分为三个主要步骤：
1）降解作用：微生物将复杂的有机物质分解成较小的物质，如蛋白质分解为氨基酸，淀粉分解为单糖，脂肪分解为脂肪酸等。
2）细菌的代谢作用：微生物将较小的有机物质进一步代谢，如氨基酸分解为二氧化碳和水，脂肪酸分解为短链醇等。
3）矿化作用：微生物将有机物质中的碳、氮、磷、硫等元素分解为无机物，如硝酸盐等，使这些元素可以被生物系统再次利用。
微生物分解作用可以改善土壤的物理性质和化学性质，从而促进土壤的生物活性、肥力和营养状况的改善。
它不仅提供了大量的有机物质可供植物生长，而且还可以提供大量的无机养分，如氮、磷和硫等元素，从而改善土壤的生态环境。
微生物分解作用可以促进水土保持，减少水土流失，保护土壤表层，维护土壤的生态系统，减少污染物的污染，减少农药的使用，促进和改善土壤的肥力，使用土壤的有效性更高，提高作物的产量和品质，改善农业生态环境，改善人们的生活环境等。
微生物的分解作用是土壤生态系统中重要的生物过程，对植物生长，土壤性质，水土保持，环境保护，农业生产等方面都具有重要意义。
微生物矿化
微生物矿化微生物矿化是一种用微生物技术来提高或改变矿物的性质的过程。
这一技术被认为是今天最先进的矿物研究方法之一，可以用来更细致地研究和分析矿物。
微生物矿化是一种现代微生物学的应用，它采用的技术和方法均是在最新的研究环境中发展起来的。
微生物矿化的基本原理是，利用微生物作用于矿物质上，结合它们之间的化学和物理作用，改变矿物的性质。
微生物将把矿物中的某些化学成分，特别是一些有机成分，分解掉，从而改变矿物的性质，进而改变矿物的价值。
微生物不仅可以分解矿物，而且还可以产生新的成分，这种化学结果有助于研究人员更好地了解矿物的物理性质、化学性质和形态特征，从而更准确地识别矿物。
微生物矿化可以应用到不同种类的矿物中，并且有不同的效果。
例如，在某些金属矿石中，微生物可以催化矿石中金属元素的释放，使其可以更容易地被运输出去；在特定的岩石中，微生物可以改变其气味、外观和结构，令其价值增加；在碳酸钙矿中，微生物可以促进钙的解离，从而加快释放钙的速度并增加原料的质量。
微生物矿化的优势非常明显：它是一种安全和环保的技术，不需要使用任何有害物质；它也可以减少成本，提高产品的质量。
除此之外，还有许多其他优势，比如可以提高矿物的处理速度和效率；可以提高矿物的储存期、可用性和清理费用；可以促进更好的矿物利用，改善矿物的价值，以及提高矿物的可再生和经济效益。
虽然微生物矿化确实具有诸多优势，但是它也有一些弊端。
其中一个主要的问题是，由于微生物环境的复杂性，使得微生物矿化过程非常不稳定，容易受到外部环境因素的影响，甚至出现变异现象，因此，对微生物矿化的控制和调整变得更加复杂。
此外，微生物矿化也会污染矿物环境，并可能会产生副产物，这些副产物可能会影响矿物的性能和适用性。
总之，微生物矿化是一种有前景的技术，它可以以安全、有效、环保的方式提高和改变矿物的价值。
对于矿物研究和分析，微生物矿化可以作为一种最佳解决方案，以更细致地分析和了解矿物的性质，从而为人类的发展和矿物资源的利用提供更加有效的指导。
生物修复和微生物矿化在重金属污染土壤处理中的研究进展
生物修复和微生物矿化在重金属污染土壤处理中的研究进展摘要：?S着工业化的发展，重金属对环境的污染日益严重，尤其越来越多的重金属通过各种途径被排放到环境中造成土壤污染。
由于土壤中的重金属难于分离和降解，且可以通过食物链进入人体，从而对人类的生存健康造成了很大威胁。
治理土壤重金属的办法有物理法、化学法和生物法。
物理化学方法往往代价昂贵，而且效果不好，容易造成二次污染，并且不适合大面积，低浓度的重金属污染。
生物法中的微生物治理土壤污染是一种新兴的土壤治理方法，其中微生物矿化（MICP）是一种对环境友好的绿色治理方法，并且代价低廉。
文章主要探讨了近些年来微生物矿化在土壤重金属中的应用及未来前景展望。
关键词：生物矿化；生物修复；微生物诱导碳酸钙；重金属；土壤污染中图分类号：X53 文献标志码：A 文章编号：2095-2945（2018）23-0066-04Abstract：With the development of industrialization，heavy metal pollution to the environment is becoming more and more serious，especially more and more heavy metals are discharged into the environment through various ways to causesoil pollution. The heavy metals in the soil are difficult to separate and degrade，and can enter the human body through the food chain，thus causing a great threat to the survival and health of human beings. There are physical，chemical and biological methods to treat heavy metals in soil.Physico-chemical methods are often expensive，and the effect is not good，easy to cause secondary pollution，and is not suitable for large areas，low concentration of heavy metal pollution. Microbial remediation of soil pollution in biological process is a new method of soil remediation，in which microbial induced calcite precipitation （MICP）is an environment-friendly green treatment method，and the cost is low. The main results are as follows：microbial induced calcite precipitation is a kind of environmental friendly and green remediation method. This paper mainly discusses the application of microbial mineralization in soil heavy metals in recent years and prospects for the future.Keywords：biomineralization；bioremediation；microbial induced calcite precipitation （MICP）；heavy metals；soil pollution1 概述土壤作为环境的主要组成部分，为人类提供生存所需的各种营养物质，同时接受来自工业和生活废水、废物、农药化肥及大气降尘等的污染。
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生物矿化 biomineralization
生物矿化——生物给予的又一个启示
在生物体内形成无机矿物的过程。与一般矿化不
同之处是此过程中有生物体代谢、细胞、有机基质的
参与。
生物矿化有两种形式。一种是生物体代谢产物直
接与细胞内、外阳离子形成矿物质，如某些藻类的细
胞间文石。另一种是代谢产物在细胞干预下，在胞外
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生物矿化这个事实发生于生物产生的初期，近代以来海洋生物学 家和地质学家对生物矿化进行了初步的研究。但真正的大规模研 究——从化学和材料学的角度——还是始于英国Bristol大学的 Mann S等人，随之出现了一大批这方面的专家，包括Weiner S, Lowenstam HA, Addadi L等人。目前生物矿化研究工作做得很 好的单位，国外的有Bristol Univ的Mann S组，Israel的 Weizmann Inst Sci，德国MPI的Colfen H等组；国内的有清华大 学的崔褔斋组（他们一直致力于生物材料和组织工程的研究，部 分研究成果已应用于临床），中科大俞书宏组，浙大唐睿康组以 及中科院的一些研究单位。现在越来越多的化学家和材料学家开 始关注这个方面。虽然已经发展了20多年，但实际上，真正的研 究还是处于初级阶段。为什么这么说呢？
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人们通过各种有机物，包括多糖、蛋白质、多 肽、氨基酸、其它小分子有机物、人工合成高 聚物、DNA等等，对碳酸盐、磷酸盐、硫酸盐、 硫化物、氧化物、氢氧化物等很多材料进行了 模拟矿化，得到了很多有用的结果。但是，从 仿生的程度上来说，结构上仍然离自然矿物差 得很远，过程上还没有很好地达到有效的无机 -有机有序组装，功能上自然无法与生物矿物 想媲美。
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贝壳珍珠层SEM 颗石藻(coccolith)SEM 小鼠门牙SEM
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对有机物的研究发现了一些共同的特征。首先是有序 组装的大分子体系，有序组装的一个好处就是能够提 供一个相对稳定的有限的空间环境，提供无机物成核 与生长。其次，有机物带有大量的酸性官能团，包括 羧基、磷酸基、磺酸基等等，这些官能团有些起诱导 无机物成核的作用，有些起抑制过度生长的作用。还 有一点，生物矿物区别于人工复合材料的一个重要特 征，就是其中的有机物质含量很少，很多低于5%；但 就是这么少得有机物，对材料的形成过程和整体强度 的提高起了巨大的作用。这些过程都是在常温常压下 完成的，无疑是对材料学家的一种巨大的挑战。
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化学家和材料学家开始对生物矿物进行形貌观察， XRD分析，提取其中的有机物，在实验室里诱导无机 物沉积，后来用人工合成的高分子、多肽以及其它动 物体中提取的蛋白质等，对无机物做晶型和形貌调控， 取得了非常大的成绩——发了很多好文章，非常漂亮 的SEM和TEM图片。但是，很少有工作深入到无机有机界面作用的，或者进入了，但不够深入。目前， 大家解释一种新的晶型和形貌的出现的时候，仍然套 用Mann S在二十多年前提出的晶格几何匹配、立体化 学匹配等非常模糊的概念。在一种体系中所得到的结 论，很难应用到其它体系的解释。
基质的指导下形成生物矿物，如牙齿、骨骼中羟基磷
灰石的形成。
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生物矿化和生物成矿模拟：生物矿化材料是由生命系统参与合成 的天然的生物陶瓷和生物高分子复合材料，如珍珠、贝壳、牙齿、 骨骼等。与普通天然及合成材料相比，生物矿化材料具有特殊的 高级结构和组装方式，有很多近乎完美的性质，如极高的强度， 非常好的断裂韧性和耐磨性等 。以贝壳珍珠层为例，其组成 95 ％以上为碳酸钙，断裂韧性却比单相碳酸钙高 3000 倍。以合成 高分子代替生物大分子，模拟生物矿化材料的形成过程，通过高 聚物超分子组装、微相组装直至体系组装，控制无机物在高分子 膜表面的诱导结晶，构筑目标性能的高分子 - 无机物复合材料。 微生物利用胞内外活性基团进行金属富集随即进行成矿过程演化 已经进入实用阶段。
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有人认为，这种研究工作受限于分子生物学的发展， 人为控制生物大分子的形态，使之能够按照人的意愿， 在分子水平上控制无机物的合成。这是目前生物矿化 研究的主要问题，而且这是所有问题的核心。
希望在不久的将来，人类能够在烧杯里长出结构上和 成分上与自然骨极其相似的“骨头”，这样，人类的 骨骼修复等问题就会迎刃而解。但是，这需要生物学、 化学、材料学和纳米技术的进一步发展，需要更多更 深入的研究工作。
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在力学材料方面，生物体通过组装无机-有机复合材料，克服了 无机物的脆性，利用了有机物的韧性，得到强度很好的力学材料。 除了众所周知的骨骼和牙齿是强度很高的生物材料以外，贝壳珍 珠层中的碳酸钙（文石）与有机物的复合结构，其断裂韧性是普 通文石的3000倍左右。贝壳分为两层，外层是棱柱状方解石与 有机物交替的复合材料，内层是片层状文石与有机物交替的复合 材料——不同组织中的有机物（蛋白质、多糖等）导致了不同晶 型和形貌的碳酸钙，而且，生物体能够非常完美地将无机物和有 机物复合起来，把“廉价易得”的碳酸钙作为自己的保护材料。 骨骼中的磷酸钙是Ca/P比小于1.67/1，约为1.5，是含有碳酸根 等离子的羟基磷灰石，有机物主要是胶原蛋白。牙齿中牙本质和 牙釉质中有机物不同，所以无机物形貌有所区别，但主要是含氟已知的生物矿化种类多达60余种。主要包括碳酸 钙、磷酸钙体系、二氧化硅、氧化铁体系，硫酸盐等 等。碳酸钙如软体动物的贝壳，磷酸钙如脊椎动物的 骨骼和牙齿，二氧化硅如海胆针以及植物体内的硅库， 氧化铁体系如磁细菌，硫酸盐如海星，水母体内的硫 酸钙或者硫酸钡。它们在生物体内扮演着各种各样的 角色，主要是作为力学材料，如内、外“骨骼”，还 有的作为重力感受装置、光学感受器、磁场感受器等。
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铁、锰、钒的微生物催化转化：生物与矿物质之间的 相互作用在分子水平上可被阐明，从本质上解释了生 物指示矿床存在、生物形成矿物，生物溶浸矿物具有 密切关系。生物与矿物，生物大分子与金属离子或氧 化物、氢氧化物之间的相互作用是支配这些生物过程 的基础。金属及其氧化物与微生物呼吸相耦合，涉及 到水 - 矿物 - 微生物界面电子传递过程，利用微生物 电池进行研究胞外电子传递，不但可以揭示生命起源 的重大理论问题，也可用于指导环境修复等应用的突 破。比如粘土型钒矿，从形成到利用，以至在生物医 学的应用。