浙江大学：《生物与医用材料》课程教学课件（讲稿）第一部分 生物组织与材料仿生 第四章 碳酸钙及其生物矿物 4.3 海胆牙齿

84.5海胆牙齿生活在内海潮区，食物是岩石上的海藻，依靠牙齿刮食棘皮动物的骨架是CaCO3，浅海区的岩石通常也是CaCO3，如果微观结构相同两者硬度相当为了应对硬度相当（石灰岩）或更硬的（火山岩）岩石，更有效地刮食，海胆必须在牙齿设计上有特别的招数才能保证它能连续进食：1．牙齿的微观结构设计，使其更硬、更耐磨；2，牙齿的生长特性，持续生长

§4.5 海胆牙齿 • 生活在内海潮区， 食物是岩石上的海 藻，依靠牙齿刮食 • 棘皮动物的骨架是 CaCO3，浅海区的 岩石通常也是 CaCO3，如果微观 结构相同两者硬度 相当 为了应对硬度相当（石灰岩）或更硬的（火山岩）岩石，更有效地刮食，海胆必须在牙齿 设计上有特别的招数才能保证它能连续进食： 1. 牙齿的微观结构设计，使其更硬、更耐磨； 2. 牙齿的生长特性，持续生长

一、海胆牙的宏观结构wKeel成熟端5mm单颗牙齿的整体结构，可以分成：胚芽、主干和成熟端三个生长五颗能持续生长的牙齿构成锥形，生长速度约每周1.5mm阶段

一、海胆牙的宏观结构 单颗牙齿的整体结构， 可以分成：胚芽、主 干和成熟端三个生长 阶段 五颗能持续生长的牙齿构成锥形，生长速度约每周1.5mm 成熟端

5mm牙齿的工作端自然地被磨成锋利状，是牙齿中最硬的部分100μm牙齿的纵截面形状211213217基板区域硬度不高D350360310320191148Y32140192SP199stone区域硬度最高224233100μmKeel区域硬度也不高牙齿横截面上不同区域的硬度情况牙齿的横截面形状

牙齿的纵截面形状 牙齿的横截面形状 牙齿的工作端自然地被磨成锋利状，是牙齿中最硬的部分 牙齿横截面上不同区域的硬度情况 基板区域硬度不高 stone区域硬度最高 Keel区域硬度也不高

二、海胆牙的微观结构1最硬的Stone区：Stone区域断口照片，显示它是纤维增强的结构，纤维是方解石单晶，基单晶方解石纤维体是由方解石多晶颗粒组成。方解石多晶纳米颗粒基体(a)um100μm

1. 最硬的Stone区：Stone区域断口照片，显示 它是纤维增强的结构，纤维是方解石单晶，基 体是由方解石多晶颗粒组成。 二、海胆牙的微观结构 单晶方解石纤维 方解石多晶纳米颗粒基体

（b）1m最硬的Stone区域抛光+EDTA腐蚀溶解矿物相后照片，显示纤维中心的空洞，基体则是纳米颗粒的方解石多晶颗粒组成

最硬的Stone区域抛光+EDTA腐蚀溶解矿物相后照片，显示纤维中心的空洞， 基体则是纳米颗粒的方解石多晶颗粒组成

3.00umS48005.0kV3.5mm×15.0kSE(U)用机械抛光的方法显示纤维中心的空洞，基体则是纳米尺度片状的多晶结构

用机械抛光的方法显示纤维中心的空洞，基体则是纳米尺度片状的多晶结构

ab(104)(104(104)(214)(104)(104)(110)(114)(110)5nmoonm基体纳米颗粒的TEM像显示10-20nm的颗粒

基体纳米颗粒的TEM像显示10-20nm的颗粒

有机物鞘最硬的Stone区域抛光+固定+EDTA深度腐蚀溶解矿物相后照片，显示纤维周围有有机物层围绕，形成一个有机物鞘

最硬的Stone区域抛光+固定+EDTA深度腐蚀溶解矿物相后照片，显示纤维周 围有有机物层围绕，形成一个有机物鞘。 有机物鞘

一致排列的纤维20.0umS48005.0kV4.4mmx2.50kSE(MStone区域的纵向断口，显示一致排列的纤维-基体的复合材料结构

Stone区域的纵向断口，显示一致排列的纤维-基体的复合材料结构。 一致排列的纤维

T(a)(200)KCI(104)calcite(b)A876d=2.93AA3.00aoupiiosqe721848AB717B3.01c7150C3.02714^D713ED283010009008002970031600wavenumber/cm-l26红外XRDStone区域的红外和XRD分析表明纤维和基体都是方解石碳酸钙晶体，并且都含有较高的Mg。基体颗粒的Mg含量高达45%，接近白云石的成分，而单晶纤维的Mg含量只有4.5-13%

XRD 红外 Stone区域的红外和XRD分析表明纤维和基体都是 方解石碳酸钙晶体，并且都含有较高的Mg。基体颗 粒的Mg含量高达45%，接近白云石的成分，而单晶 纤维的Mg含量只有4.5–13%