——针晶体内自组装蛋白纳米丝模板诱导草酸钙的生物矿化

不论在低等的藻类植物，还是高等的裸子及被子植物中均发现有草酸钙晶体的广泛分布，它们通常在特化的晶异细胞内形成。除了棱晶、晶簇和晶砂等基本类型外，形貌最为特殊的是在有些植物（如香蕉）特化的假茎薄壁细胞中沉积的针形草酸钙晶体（六面锥形体结构）。植物是如何在温和的生理环境下调控这些具有高度复杂形貌和精密结构的形成，并具有什么特殊的生物材料功能呢？带着一系列的基本疑问，由王荔军教授领衔的生物矿化小组，开展了为期5年的研究历程。借助多学科交叉研究手段（包括高空间分辨的纳米级二次离子质谱和原位原子力显微镜下晶体生长和溶解动力学及蛋白质化学分析技术），终于揭示了在香蕉植物体中草酸钙针晶体的形成是以埋藏在针晶体内的蛋白纳米丝(14 kDa)为模板，诱导草酸钙纳米球沿着此模板有序沉积并在有机-无机协同自组装驱动下最终形成六边锥状的介观结构。此项研究有效揭示了植物在长期进化历程中，晶体形貌的化学进化与环境相适应的（形貌）结构-功能关系，即在钙过剩或草酸代谢旺盛（C4植物）的生理微环境中，植物可在限域的晶异细胞内最大程度地扣押钙和草酸，从而维持植物体无机钙营养和有机酸代谢的生理平衡。并对仿生材料的研制和人类病理矿化如肾结石（主要组分也是草酸钙）的研究有重要借鉴意义。相关研究结果已经在美国化学会出版的Chemistry of  Materials ( 2012 IF=8.238 )六月最新一期上发表 ( Xiuli Li, Wenjun Zhang, Jianwei Lu, Lixue Huang, Defeng Nan, Mary Alice Webb,  Francois Hillion, and Lijun Wang*. Templated Biomineralization on Self-Assembled Protein Nanofibers Buried in Calcium Oxalate Raphides of Musa spp. Chemistry of Materials 2014, 26 (12), 3862-3869)。