珍珠是一种珍贵的有机宝石,圆润多彩,璀璨夺目,备受人们喜爱。珍珠不仅拥有极高的宝石学价值,还具有强悍的力学性能和良好的生物相容性,是一种典型的生物复合材料,具有人工合成材料无法比拟的优点,是仿生复合材料开发和应用领域的研究热点。本文以产自湛江雷州流沙港的养殖原珠为研究对象,对其有机、无机化学成分和微观结构进行分析研究,探讨珍珠中有机质与无机矿物间的构效关系,并在此基础上推测珍珠成因机制,同时,以珍珠层为基底进行碳酸钙晶体的体外矿化实验,探究珍珠中碳酸钙晶体形核生长的过程,讨论六种不同种类氨基酸对晶体形貌的影响,从而找到珍珠形成过程中晶体的生长规律,丰富珍珠生物矿化理论的认识,为合成结构与性能与珍珠层相似的仿生复合材料提供理论基础。现将研究结果总结如下:(1)采用气相色谱-质谱联用仪、氨基酸分析仪和电感耦合等离子体质谱仪分别对养殖原珠中二氯甲烷萃取物、氨基酸和金属元素进行分析,结果显示:海水养殖珍珠二氯甲烷萃取物中有机成分含量最高的是酞酸二乙酯,其次为对苯二甲酸、异戊酸,有机组分中各类脂肪酸的总量占10%以上;珍珠的16种水解氨基酸中,含量最高的是甘氨酸和丙氨酸,其次为天冬氨酸,含量最低的是组氨酸和蛋氨酸;对珍珠中的24种金属元素含量进行了检测,结果显示其中含量较高的元素依次为Ca、Na、Fe、Sr、Mg和Cr,而Li、Al、Ti、V、Mo等元素含量较低,均小于5mg/kg。(2)利用扫描电子显微镜和原子力显微镜观察珍珠层各层的形貌特征,配合傅里叶红外光谱分析发现海水养殖珍珠的珍珠层是由珍珠质层,棱柱层及过渡层组成,珍珠质层主要为文石型碳酸钙,文石板片是由纳米文石微晶颗粒与有机质颗粒交织形成,文石微晶c轴方向的生长速度快于水平方向,使文石晶片呈现馒头状构造;棱柱层中存在方解石和文石两种晶型的碳酸钙;过渡层由有机质和少量的碳酸钙共同组成,与棱柱层和珍珠层之间通过有机质连接。(3)以珍珠层为基底的碳酸钙体外矿化实验结果显示,晶体在沉积最初是以无定形碳酸钙的形式存在,之后在基底表面成核,晶核直径为50nm左右;在基底文石板片边缘处的新生晶体比板片中心的晶体排列更为紧密规则;沉积一段时间后,珍珠层基底的表面几乎完全被许多排列规则、大小接近、方向一致的锥形晶体覆盖,锥形晶体具有层状堆砌和针状聚集两种结构;沉积10h后,新生的晶体呈现出不连续的疏松片层状构造;玻璃片上沉积10h的晶体并没有观察到上述现象,说明晶体这种独特的生长方式是由珍珠基底决定的。在谷氨酸和天冬氨酸矿化液中沉积的晶体含量较多,且在天冬氨酸矿化液中新生晶体的分布规律与珍珠基底上的六边形网状结构一致;赖氨酸和精氨酸矿化液中晶体生长较为散乱,大部分的新生晶体都悬浮在溶液中;甘氨酸和丝氨酸对碳酸钙晶体形貌的影响较小。