生物矿化产物在生物体中发挥着重要的作用。植物细胞中的矿化晶体有储存金属离子或防范捕食者的作用。脊椎动物中的骨组织起着支撑结构和保护软组织的作用。除了这些有益的生物矿化,还有一类广泛存在于脊椎动物中的病理矿化。病理矿化是一系列矿化相关疾病的统称,包括血管、软组织等的矿化以及泌尿系统结石的形成。生物材料复杂等级结构的起源与形成过程中的自组装机制,对材料合成研究具有重要的作用,对预防和治疗病理性生物矿化也有重要的启示作用,因而引起了人们广泛的关注。结石病困扰了人类数千年,人群中患病率高,治疗后复发率高,发病时患者痛苦程度高,至今未能找到行之有效的解决办法彻底治愈,已造成严重的社会医疗负担。虽然国内外学者针对结石病的形成原因,形成过程,抑制因素等展开了诸多研究,但始终未能得到明确的抑制形成机理。此项研究着重关注草酸钙晶体在添加剂诱导下的形貌、结构变化。这些添加剂包括手性天冬氨酸、柠檬酸钠、镁离子、酪蛋白钠盐以及添加剂的组合。通过粉末X射线衍射、扫描电镜、同步热分析、傅里叶变换红外光谱、X射线光电子能谱等一系列的材料学表征手段,结合实验条件的选择优化,添加剂诱导下草酸钙晶体形貌与结构的变化过程得以发现。根据实验结果我们提出了选用的添加剂对草酸钙晶体形成过程的调控机理。基于实验结果,归纳出以下四条结论。草酸钙的形态发生受到手性天冬氨酸,镁离子,柠檬酸根离子这些小分子添加剂的明显影响,但这些小分子添加剂的加入不足以改变晶体的晶型。酪蛋白的添加可以诱导热力学稳定的一水草酸钙与热力学不稳定的二水草酸钙共存,两种晶型的含量变化随溶液中酪蛋白的浓度变化而发生相应改变,但即使添加较高浓度的酪蛋白也未能彻底的诱导二水草酸钙的生成。酪蛋白诱导二水草酸钙形成的过程在添加了镁离子或柠檬酸根离子后发生了较大变化,即便在低浓度的酪蛋白添加量下,依旧可以诱导大量二水草酸钙的形成。天冬氨酸,柠檬酸根,酪蛋白通过选择性吸附于晶体上,抑制晶体的生长;而镁离子通过增加溶液中二价阳离子的浓度,抑制草酸钙晶体的溶解—再结晶过程。大分子与小分子共同作用的情况比单一分子调控的情况更符合生物体内的实际情况,这也是前期研究中被多数学者所忽视的一块。本研究通过一种简单的化学手段模拟了生物矿化过程,有助于阐释草酸钙生物矿化的复杂形成过程,为寻找适用于临床治疗的药物提供参考,为发现行之有效的治疗结石症的方法奠定基础。