貝殼(ke)（bèi ké）是(shi)生活(huo)在水邊軟(ruan)體(ti)動物的(de)外套殼(ke)，由(you)軟(ruan)體(ti)動物的(de)一種特殊(shu)腺細胞的(de)分泌物所形成的(de)保(bao)護(hu)身體(ti)柔(rou)軟(ruan)部(bu)分的(de)鈣化物。
自然界中(zhong)天(tian)然碳酸鈣礦物質相比較，貝殼具有(you)獨特(te)的多(duo)尺度(du)、多(duo)級次“磚－泥”組裝結 構，且(qie)因其多(duo)級層狀結構而具有(you)韌性(xing)好、強(qiang)度(du)高等(deng)優(you)良特(te)性(xing)。
貝(bei)殼由95%左(zuo)右的(de)CaCO3和5%左(zuo)右的(de)有機質(zhi)組成。
基本結構
貝(bei)殼的微(wei)觀結構(gou)主要通過薄片法(fa)進行研究。
研究表明，貝(bei)(bei)殼(ke)的(de)基本(ben)結(jie)(jie)構主要(yao)分為(wei)三部分，最(zui)(zui)外層(ceng)是由(you)硬(ying)質(zhi)(zhi)蛋白組(zu)成(cheng)的(de)角質(zhi)(zhi)層(ceng)；中(zhong)間為(wei)方(fang)(fang)解石或(huo)文(wen)石晶體(ti)組(zu)成(cheng)的(de)棱柱層(ceng)，主要(yao)為(wei)貝(bei)(bei)殼(ke)提供硬(ying)度(du)和耐溶蝕性(xing)；最(zui)(zui) 內 層(ceng) 為(wei)珍(zhen)珠層(ceng)，主要(yao)為(wei)貝(bei)(bei)殼(ke)提供硬(ying)度(du)和韌性(xing)，一般由(you)方(fang)(fang)解石或(huo)文(wen)石等CaCO3礦物(無機(ji)(ji)相)和有(you)機(ji)(ji)質(zhi)(zhi)(有(you)機(ji)(ji)相)組(zu)成(cheng)。在地(di)質(zhi)(zhi)學意義上(shang)，貝(bei)(bei)殼(ke)是化石中(zhong)最(zui)(zui)常(chang)見的(de)保存方(fang)(fang)式。他們(men)通(tong)常(chang)用于確(que)定地(di)質(zhi)(zhi)形成(cheng)的(de)系統進化，地(di)層(ceng)的(de)確(que)切年代及貝(bei)(bei)類種群的(de)分類。因此，貝(bei)(bei)殼(ke)的(de)結(jie)(jie)構研究具有(you)重要(yao)的(de)意義。
貝殼通常利用7種基(ji)本結構(gou)(gou)形成(cheng)貝殼，其中交(jiao)聯薄層(ceng)、珍珠層(ceng)和棱柱層(ceng)結構(gou)(gou)是最常見的形式。盡管結構(gou)(gou)不同，但這(zhe)些(xie)層(ceng)主要(yao)由多晶硅陣列構(gou)(gou)成(cheng)。單一晶硅通常全部朝(chao)(chao)向至(zhi)少一個方向，或者朝(chao)(chao)向三個方向。
每一個結(jie)(jie)晶通常在礦物沉(chen)積(ji)前植入(ru)或者與(yu)有機質相連。珍珠層的結(jie)(jie)構和形(xing)成(cheng)機制是貝類結(jie)(jie)構研(yan)究的重要(yao)方面。
研究發現珍珠層有(you)機質的不可溶(rong)部(bu)分和可溶(rong)部(bu)分共(gong)同作(zuo)用(yong)，形(xing)成了(le)100%的文(wen)石(shi)；不可溶(rong)部(bu)分(含有(you)一(yi)定的未脫(tuo)凈(jing)的可溶(rong)性部(bu)分)單(dan)獨(du)作(zuo)用(yong)，形(xing)成文(wen)石(shi)和方解石(shi)混合物(wu);可溶(rong)部(bu)分單(dan)獨(du)作(zuo)用(yong)，只(zhi)形(xing)成了(le)方解石(shi)。
研究認為(wei)在貝(bei)(bei)殼形成過程中，CaCO3晶型(xing)的(de)(de)(de)形成是由貝(bei)(bei)殼有機質(zhi)的(de)(de)(de)可溶(rong)部(bu)分(fen)和不可溶(rong)部(bu)分(fen)共同(tong)作(zuo)用(yong)。貝(bei)(bei)殼中每種基質(zhi)蛋(dan)白的(de)(de)(de)特性表明有機質(zhi)和碳(tan)酸鈣之(zhi)間(jian)的(de)(de)(de)關系復雜(za)多變作(zuo)為(wei)天然復合(he)材料，貝(bei)(bei)殼的(de)(de)(de)結構研究受到廣(guang)泛關注，因(yin)為(wei)它們的(de)(de)(de)機械強度(du)和脆性剛度(du)遠高于任一單一物質(zhi)的(de)(de)(de)單純晶體。
各類貝殼的結構組成
不同(tong)種類貝殼的宏觀結構和組(zu)成既具(ju)有相似性又具(ju)有特異(yi) 。
頭(tou)足綱(Cephalopoda)貝殼珍(zhen)珠層文石結(jie)構多(duo) 為“磚(zhuan)-泥(ni)”式(shi)粘連結(jie)構(20～50nm)。
腹(fu)足綱(gang)(Gastropoda)貝殼排列規則的(de)文石層(ceng)的(de)交錯(cuo)結構與頭足綱(gang)貝殼差異較(jiao)顯著。
鰓綱(gang)(Lamellibranchia) (雙殼類)的殼，其微(wei)觀(guan)結構(gou)比頭(tou)足(zu)綱(gang)和腹足(zu)綱(gang)更加復雜。
研(yan)究發現雙殼(ke)類貝(bei)殼(ke)與(yu)其他品種貝(bei)殼(ke)的晶體組成和(he)排列方式(shi)不(bu)同。
因(yin)此，不同(tong)(tong)(tong)種貝殼(ke)(ke)(ke)的(de)(de)角質(zhi)層(ceng)(ceng)(ceng)、棱柱層(ceng)(ceng)(ceng)和珍(zhen)珠層(ceng)(ceng)(ceng)的(de)(de)厚(hou)度(du)也(ye)不同(tong)(tong)(tong)。貝殼(ke)(ke)(ke)三層(ceng)(ceng)(ceng)結(jie)構(gou)的(de)(de)排列(lie)連接方式(shi)決定了其外(wai)在(zai)(zai)(zai)結(jie)構(gou)特點。三角帆蚌(Hyriopsiscumingii)貝殼(ke)(ke)(ke)的(de)(de)角質(zhi)層(ceng)(ceng)(ceng)、棱柱層(ceng)(ceng)(ceng)和珍(zhen)珠層(ceng)(ceng)(ceng)在(zai)(zai)(zai)貝殼(ke)(ke)(ke)的(de)(de)不同(tong)(tong)(tong)位置存在(zai)(zai)(zai)相異性，且珍(zhen)珠層(ceng)(ceng)(ceng)中(zhong)(zhong)文石(shi)片的(de)(de)厚(hou)度(du)從近棱柱端至貝殼(ke)(ke)(ke)內側面逐漸(jian)變大，棱柱層(ceng)(ceng)(ceng)中(zhong)(zhong)棒狀結(jie)構(gou)與角質(zhi)層(ceng)(ceng)(ceng)和珍(zhen)珠層(ceng)(ceng)(ceng)中(zhong)(zhong)的(de)(de)文石(shi)片呈近垂直(zhi)交接。牡(mu)蠣殼(ke)(ke)(ke)不存在(zai)(zai)(zai)文石(shi)層(ceng)(ceng)(ceng)結(jie)構(gou)，即不存在(zai)(zai)(zai)珍(zhen)珠層(ceng)(ceng)(ceng)，這也(ye)說明牡(mu)蠣難于形成(cheng)晶瑩皎潔珍(zhen)珠的(de)(de)原因(yin)。
溝腹綱(Solenogasters)和(he) 尾腔綱(Caudofoveata)都沒有貝(bei)(bei)殼，形態類(lei)似蠕蟲；單(dan)板綱(Monoplacophora)貝(bei)(bei)殼單(dan)一(yi)，呈帽狀(zhuang)，其殼頂(ding)向前，腹方(fang)彎曲；掘足綱(Scaphopoda)貝(bei)(bei)殼呈牛角或象牙狀(zhuang)，兩(liang)端開口，粗(cu)端為前。這(zhe)三(san)類(lei)都是(shi)貝(bei)(bei)類(lei)的原始型(xing)，其結構和(he)組成相對簡單(dan)。
研究發現，貝(bei)殼(ke)的(de)形(xing)成是(shi)(shi)一種生物礦化(hua)過(guo)程(cheng)，即以(yi)少量有機(ji)(ji)大分子(zi)為模板(ban)進行分子(zi)操(cao)作，高度有序地組合形(xing)成有機(ji)(ji)材(cai)料的(de)過(guo)程(cheng)。研究表明(ming)，貝(bei)殼(ke)主要(yao)由(you)無機(ji)(ji)相和有機(ji)(ji)相組成，無機(ji)(ji)相是(shi)(shi)約95～99.9%的(de)CaCO3(方(fang)解(jie)(jie)石(shi)(shi)(shi)(shi)、文(wen)石(shi)(shi)(shi)(shi)、球霰(xian)(xian)石(shi)(shi)(shi)(shi)及非晶型) ，相同室溫條(tiao)件下，方(fang)解(jie)(jie)石(shi)(shi)(shi)(shi)是(shi)(shi)三種晶型中最(zui)穩定(ding)的(de)形(xing)態，文(wen)石(shi)(shi)(shi)(shi)相對穩 定(ding)，球霰(xian)(xian)石(shi)(shi)(shi)(shi)則最(zui)不穩定(ding)。
有機相由約0.1～5%的(de)有機質(zhi)(zhi)(zhi)(蛋白質(zhi)(zhi)(zhi)、糖蛋白、多糖、幾(ji)丁(ding)質(zhi)(zhi)(zhi)和(he) 脂質(zhi)(zhi)(zhi)等)組(zu)成(cheng)，主要(yao)可以(yi)分(fen)為酸(水或EDTA)可溶性組(zu)分(fen)、酸不(bu)溶-變性劑可溶組(zu)分(fen)和(he)酸不(bu)溶-變性劑不(bu)溶組(zu)分(fen)。
進一步(bu)研究表明，貝(bei)殼主(zhu)要含鈣、碳、氧、氫、鍶、鎂(mei) 等 元 素，其中鍶和鎂(mei)的含量(liang)主(zhu)要與貝(bei)的種類有關。
力學特性及利用
貝殼的(de)(de)力(li)學特性是其宏(hong)觀結(jie)構(gou)的(de)(de)硬(ying)質(zhi)屬性和微(wei)觀結(jie)構(gou)的(de)(de)輔助屬性之間(jian)相互(hu)作用的(de)(de)宏(hong)觀表(biao)現。研(yan)究(jiu)發現，珍珠(zhu)層(ceng)(ceng)內部結(jie)構(gou)與人骨相似，是由有機質(zhi)將納米(mi)級顆粒狀(zhuang)的(de)(de)無機礦物相互(hu)連(lian)接形成的(de)(de)晶片狀(zhuang)結(jie)構(gou)，形成有機質(zhi)和無機質(zhi)的(de)(de)橋樣結(jie)構(gou)，即(ji)成為(wei)具(ju)有良好力(li)學特性的(de)(de)珍珠(zhu)層(ceng)(ceng)結(jie)構(gou)。
貝殼(ke)的(de)(de)(de)力(li)(li)(li)學(xue)特性主要受到(dao)裂(lie)紋偏轉、纖維撥出及有機質橋接作用的(de)(de)(de)影(ying)響。貝殼(ke)正(zheng)是在多(duo)種因 素、多(duo)維度的(de)(de)(de)協同作用下，才(cai)表現出良好的(de)(de)(de)力(li)(li)(li)學(xue)特性。因此，充(chong)分(fen)了解貝殼(ke)及其產物的(de)(de)(de)力(li)(li)(li)學(xue)特性，有助(zhu)于高級貝殼(ke)工藝品和貝殼(ke)粉基(ji)建(jian)筑(zhu)材料(liao)的(de)(de)(de)開發。
光學特性及利用
貝殼(ke)的(de)(de)(de)光(guang)(guang)學特性(xing)主要是(shi)由于貝殼(ke)的(de)(de)(de)微結構對(dui)光(guang)(guang)線的(de)(de)(de)反 射(she)、干(gan) 涉(she)、衍(yan)射(she)及(ji)(ji)特征波譜的(de)(de)(de)吸收特性(xing)。珍珠層(ceng)薄層(ceng)對(dui)光(guang)(guang)的(de)(de)(de)干(gan)涉(she)及(ji)(ji)層(ceng)與(yu)(yu)層(ceng)之(zhi)間、文(wen)石片晶之(zhi)間的(de)(de)(de)狹縫對(dui)光(guang)(guang)的(de)(de)(de)衍(yan)射(she)形成(cheng)了暈彩，珍珠層(ceng)表面(mian)的(de)(de)(de)暈彩和(he)伴色的(de)(de)(de)顏色與(yu)(yu)珍珠層(ceng)的(de)(de)(de)厚(hou)度及(ji)(ji)其(qi)變(bian)化有(you)(you)關，還與(yu)(yu)珍珠層(ceng)內文(wen)石晶體的(de)(de)(de)大小、形態、排列(lie)方式有(you)(you)關。
殼的(de)(de)內表面有以碳酸鈣為主的(de)(de)文石結構和少量的(de)(de)有機質成分(fen)，它(ta)們在一(yi)定的(de)(de)波(bo)譜(pu)區(qu)域(yu)有特(te)征吸收(shou)峰。因此，充分(fen)了解(jie)貝殼及其(qi)產物的(de)(de)光學特(te)性，有助(zhu)于貝殼產品檢測(ce)研究。
吸附特性及利用
貝(bei)殼(ke)吸(xi)附(fu)特(te)性是由于其結構(gou)組織相對(dui)疏松，孔隙直徑相對(dui)較(jiao)大(da)(da)，孔隙分布(bu)廣而均勻;貝(bei)殼(ke)粉(fen)的(de)表面(mian)較(jiao)大(da)(da)，吸(xi)附(fu) 效(xiao)率(lv)(lv)高基于以(yi)(yi)上結構(gou)特(te)性，貝(bei)殼(ke)和以(yi)(yi)貝(bei)殼(ke)為基質的(de)功能材料(liao)在一(yi)定條件下可以(yi)(yi)實現對(dui)原油、重金屬、硫、染料(liao)、農藥殺菌劑等的(de)吸(xi)附(fu)去(qu)除。貝(bei)殼(ke)粉(fen)可以(yi)(yi)作為催化劑載體吸(xi)附(fu)原油。催化劑負載在貝(bei)殼(ke)粉(fen)表面(mian)較(jiao)大(da)(da)的(de)反應(ying)面(mian)積上面(mian)，增大(da)(da)了(le)自身與海面(mian)油污的(de)接觸面(mian)積，提高了(le)催化吸(xi)附(fu)反應(ying)的(de)反應(ying)效(xiao)率(lv)(lv)。
貝(bei)殼(ke)可(ke)(ke)以(yi)用(yong)于水(shui)(shui)處理(li)領域(yu)(yu)，以(yi)貝(bei)殼(ke)作為羥基磷灰(hui)石的(de)(de)鈣(gai)源可(ke)(ke)以(yi)吸附(fu)去除廢(fei)水(shui)(shui)中的(de)(de)多種(zhong)金屬。貝(bei)殼(ke)燃燒后(hou)的(de)(de)產物(wu)可(ke)(ke)以(yi)用(yong)于脫(tuo)硫(liu)(liu)處理(li)，因其顆(ke)粒內部有更(geng)多的(de)(de)氣(qi)孔(kong)表面參(can)與脫(tuo)硫(liu)(liu)反應(ying)，反應(ying)過程中氣(qi)孔(kong)不易被(bei)脫(tuo)硫(liu)(liu)產物(wu)阻(zu)塞，可(ke)(ke)以(yi)進行較完全的(de)(de)脫(tuo)硫(liu)(liu)反應(ying)。此(ci)外，利用(yong)此(ci)特性，貝(bei)殼(ke)粉還(huan)可(ke)(ke)用(yong)于水(shui)(shui)處理(li)、染料(liao)、農藥殘(can)留處理(li)等領域(yu)(yu)。
生物相容性及利用
貝(bei)殼(ke)的(de)(de)生(sheng)物(wu)相(xiang)容(rong)性主(zhu)要(yao)是基于(yu)有機質的(de)(de)生(sheng)物(wu)活(huo)性組分(fen)(fen)。研究(jiu)發現，貝(bei)殼(ke)有機基質中存在著能(neng)夠(gou)促進細胞成(cheng)骨(gu)分(fen)(fen)化的(de)(de)信(xin)號分(fen)(fen)子(zi)，這(zhe)些(xie)信(xin)號因子(zi)能(neng)夠(gou)激活(huo)細胞堿性磷酸酶(mei)的(de)(de)活(huo)性，促進細胞成(cheng)骨(gu)分(fen)(fen)化過程(cheng)中某(mou)些(xie)特異性蛋(dan)白與基因的(de)(de)表達，誘導細胞體 礦化等，因而(er)，珍珠(zhu)層(ceng)在體內環境中表現出良好的(de)(de)生(sheng)物(wu)相(xiang)容(rong)性。
研究發現人骨髓基(ji)質(zhi)細(xi)胞在珍(zhen)(zhen)珠(zhu)層(ceng)人骨材(cai)料上生長(chang)并分(fen)泌細(xi)胞基(ji)質(zhi)，珍(zhen)(zhen)珠(zhu)層(ceng)-聚乳酸復合人工骨材(cai)料對骨髓基(ji)質(zhi)細(xi)胞的(de)增值無明顯影響，表(biao)現出良好的(de)生物(wu)相容性(xing)。因此(ci)，基(ji)于貝殼的(de)生物(wu)相容性(xing)，可以用于貝殼基(ji)生物(wu)材(cai)料的(de)研究。
生物活性及利用
研(yan)究(jiu)表(biao)明，貝殼(ke)含(han)有(you)多種(zhong)生(sheng)物活性(xing)成(cheng)分。這(zhe)些成(cheng)分一(yi)方(fang)面本身即具有(you)較好(hao)的生(sheng)物活性(xing)，另一(yi)方(fang)面在加工提取(qu)過(guo)程中其微觀結構發(fa)生(sheng)了(le)變化，激發(fa)了(le)其生(sheng)物活性(xing)作用。
研究發現(xian)從(cong)扇(shan)貝(bei)(bei)殼(ke)(ke)中(zhong)制取活(huo)性氧化(hua)(hua)鈣比普通氧化(hua)(hua)鈣具有(you)更(geng)好(hao)的(de)活(huo)性及更(geng)明顯的(de)抑菌效果；利用廢棄貝(bei)(bei)殼(ke)(ke)制備生(sheng)物(wu)(wu)(wu)活(huo)性材料羥基(ji)磷(lin)(lin)(lin)(lin)(lin)灰(hui)石(shi)，采用水浴加(jia)熱法，以貝(bei)(bei)殼(ke)(ke)粉為(wei)(wei)原料、磷(lin)(lin)(lin)(lin)(lin)酸氫二(er)氨為(wei)(wei)磷(lin)(lin)(lin)(lin)(lin)源，尿素(su)為(wei)(wei)添加(jia)劑，成(cheng)功(gong)制備出高純(chun)相、尺寸均勻(yun)可控的(de)納米帶狀羥基(ji)磷(lin)(lin)(lin)(lin)(lin)灰(hui)石(shi)；以貝(bei)(bei)殼(ke)(ke)為(wei)(wei)原料在磷(lin)(lin)(lin)(lin)(lin)酸緩(huan)沖液中(zhong)浸泡24小(xiao)時，通過溶解-再結晶反應在貝(bei)(bei)殼(ke)(ke)表(biao)面(mian)沉積一層具有(you)片狀結構的(de)碳酸根型磷(lin)(lin)(lin)(lin)(lin)灰(hui)石(shi)，結果表(biao)明，制備的(de)磷(lin)(lin)(lin)(lin)(lin)灰(hui)石(shi)具有(you)優良的(de)體外生(sheng)物(wu)(wu)(wu)活(huo)性；因此，基(ji)于貝(bei)(bei)殼(ke)(ke)及其(qi)組(zu)分的(de)生(sheng)物(wu)(wu)(wu)活(huo)性，可以用于貝(bei)(bei)殼(ke)(ke)基(ji)生(sheng)物(wu)(wu)(wu)材料及生(sheng)物(wu)(wu)(wu)活(huo)性物(wu)(wu)(wu)質的(de)研究。
此外(wai)，從貝(bei)殼結(jie)構出(chu)發(fa)，總結(jie)了(le)國內(nei)外(wai)貝(bei)殼廢棄(qi)物的資源化利用(yong)(yong)技術；對比分析了(le)貝(bei)殼粉(fen)(fen)和輕(qing)質碳酸(suan)鈣在改(gai)善手抄(chao)紙的強度性(xing)(xing)能和手抄(chao)性(xing)(xing)能方面的優(you)勢；研究發(fa)現貝(bei)殼具(ju)有一定(ding)的藥用(yong)(yong)價值，可以用(yong)(yong)于疾(ji)病的治療(liao)；利用(yong)(yong)菲律(lv)賓蛤仔(zi)殼粉(fen)(fen)為(wei)原料制備環保融雪(xue)劑。
愛吃不胖(pang)
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