貝殼（bèi ké）是生活在水邊(bian)軟體(ti)(ti)動(dong)物的外套殼，由軟體(ti)(ti)動(dong)物的一(yi)種特殊腺細胞的分泌物所形成(cheng)的保護身體(ti)(ti)柔軟部(bu)分的鈣化(hua)物。
自然界中(zhong)天然碳酸鈣礦物質相比較，貝殼(ke)具有獨特的多(duo)(duo)尺度、多(duo)(duo)級次“磚(zhuan)－泥(ni)”組(zu)裝結 構，且因其多(duo)(duo)級層狀結構而(er)具有韌性(xing)好、強度高(gao)等優良特性(xing)。
貝殼由95%左右(you)的(de)CaCO3和5%左右(you)的(de)有機質組成。
基本結構
貝殼的(de)微觀結構主(zhu)要(yao)通過(guo)薄片法進(jin)行研究。
研(yan)究表明，貝殼(ke)的(de)(de)基本(ben)結構主(zhu)(zhu)要(yao)(yao)分為(wei)三部分，最(zui)外層(ceng)(ceng)是由(you)硬(ying)質(zhi)(zhi)蛋白(bai)組成的(de)(de)角質(zhi)(zhi)層(ceng)(ceng)；中間為(wei)方(fang)解石(shi)(shi)或文(wen)石(shi)(shi)晶體(ti)組成的(de)(de)棱柱層(ceng)(ceng)，主(zhu)(zhu)要(yao)(yao)為(wei)貝殼(ke)提供硬(ying)度和耐溶蝕性；最(zui) 內(nei) 層(ceng)(ceng) 為(wei)珍(zhen)珠層(ceng)(ceng)，主(zhu)(zhu)要(yao)(yao)為(wei)貝殼(ke)提供硬(ying)度和韌性，一般由(you)方(fang)解石(shi)(shi)或文(wen)石(shi)(shi)等CaCO3礦物(wu)(無機相(xiang))和有機質(zhi)(zhi)(有機相(xiang))組成。在地(di)質(zhi)(zhi)學(xue)意義上(shang)，貝殼(ke)是化石(shi)(shi)中最(zui)常(chang)見的(de)(de)保(bao)存(cun)方(fang)式(shi)。他們通常(chang)用(yong)于(yu)確(que)定(ding)地(di)質(zhi)(zhi)形成的(de)(de)系(xi)統進化，地(di)層(ceng)(ceng)的(de)(de)確(que)切年代及貝類(lei)種群的(de)(de)分類(lei)。因(yin)此，貝殼(ke)的(de)(de)結構研(yan)究具有重要(yao)(yao)的(de)(de)意義。
貝殼(ke)通常利用7種基(ji)本結構(gou)形成(cheng)貝殼(ke)，其(qi)中交(jiao)聯薄層、珍珠層和(he)棱柱層結構(gou)是最常見的形式。盡(jin)管結構(gou)不同，但這些層主要由多晶(jing)硅陣列構(gou)成(cheng)。單一(yi)晶(jing)硅通常全部朝向(xiang)(xiang)至少(shao)一(yi)個方向(xiang)(xiang)，或者(zhe)朝向(xiang)(xiang)三個方向(xiang)(xiang)。
每一(yi)個結(jie)晶通常在礦物(wu)沉(chen)積前植入(ru)或(huo)者與有機質相連。珍珠(zhu)層的結(jie)構(gou)和(he)形成機制是(shi)貝類結(jie)構(gou)研究的重要方面。
研究發現珍珠層(ceng)有機質(zhi)的不可(ke)(ke)(ke)溶(rong)部(bu)分(fen)(fen)和可(ke)(ke)(ke)溶(rong)部(bu)分(fen)(fen)共同作用(yong)，形成(cheng)了100%的文石(shi)；不可(ke)(ke)(ke)溶(rong)部(bu)分(fen)(fen)(含(han)有一定的未(wei)脫凈的可(ke)(ke)(ke)溶(rong)性部(bu)分(fen)(fen))單(dan)(dan)獨作用(yong)，形成(cheng)文石(shi)和方解石(shi)混合(he)物;可(ke)(ke)(ke)溶(rong)部(bu)分(fen)(fen)單(dan)(dan)獨作用(yong)，只形成(cheng)了方解石(shi)。
研(yan)究認為(wei)在貝殼(ke)(ke)形成過程(cheng)中(zhong)，CaCO3晶型的(de)形成是由貝殼(ke)(ke)有(you)機(ji)質的(de)可(ke)溶部(bu)分和(he)不可(ke)溶部(bu)分共(gong)同(tong)作用。貝殼(ke)(ke)中(zhong)每種(zhong)基(ji)質蛋白(bai)的(de)特性表(biao)明有(you)機(ji)質和(he)碳(tan)酸鈣之間的(de)關(guan)系復雜多變作為(wei)天然復合材料，貝殼(ke)(ke)的(de)結構研(yan)究受(shou)到廣泛關(guan)注，因為(wei)它們(men)的(de)機(ji)械(xie)強(qiang)度和(he)脆性剛度遠高于(yu)任一單(dan)一物質的(de)單(dan)純晶體。
各類貝殼的結構組成
不(bu)同(tong)種類貝殼的宏觀結構和(he)組成既(ji)具(ju)有(you)相似性又(you)具(ju)有(you)特異 。
頭(tou)足綱(Cephalopoda)貝殼珍(zhen)珠層文石結構多 為“磚-泥”式粘連結構(20～50nm)。
腹足綱(Gastropoda)貝殼排列(lie)規則的(de)文石(shi)層(ceng)的(de)交錯結構(gou)與頭(tou)足綱貝殼差異較(jiao)顯著。
鰓(sai)綱(Lamellibranchia) (雙殼(ke)類)的殼(ke)，其微觀結構比頭足(zu)綱和(he)腹足(zu)綱更加復雜。
研究發(fa)現雙(shuang)殼類貝(bei)殼與(yu)其他品種(zhong)貝(bei)殼的晶體組(zu)成和排(pai)列(lie)方式不(bu)同。
因(yin)此，不(bu)同(tong)種貝(bei)(bei)殼(ke)(ke)(ke)的(de)(de)角(jiao)質(zhi)(zhi)層(ceng)(ceng)(ceng)(ceng)、棱(leng)(leng)柱(zhu)層(ceng)(ceng)(ceng)(ceng)和(he)(he)珍珠(zhu)(zhu)層(ceng)(ceng)(ceng)(ceng)的(de)(de)厚(hou)度(du)也不(bu)同(tong)。貝(bei)(bei)殼(ke)(ke)(ke)三層(ceng)(ceng)(ceng)(ceng)結(jie)構(gou)的(de)(de)排列連接方式決(jue)定(ding)了其外在(zai)(zai)結(jie)構(gou)特點。三角(jiao)帆蚌(bang)(Hyriopsiscumingii)貝(bei)(bei)殼(ke)(ke)(ke)的(de)(de)角(jiao)質(zhi)(zhi)層(ceng)(ceng)(ceng)(ceng)、棱(leng)(leng)柱(zhu)層(ceng)(ceng)(ceng)(ceng)和(he)(he)珍珠(zhu)(zhu)層(ceng)(ceng)(ceng)(ceng)在(zai)(zai)貝(bei)(bei)殼(ke)(ke)(ke)的(de)(de)不(bu)同(tong)位置存在(zai)(zai)相異(yi)性，且珍珠(zhu)(zhu)層(ceng)(ceng)(ceng)(ceng)中文(wen)石(shi)片的(de)(de)厚(hou)度(du)從近(jin)棱(leng)(leng)柱(zhu)端至(zhi)貝(bei)(bei)殼(ke)(ke)(ke)內側面逐漸變(bian)大(da)，棱(leng)(leng)柱(zhu)層(ceng)(ceng)(ceng)(ceng)中棒狀結(jie)構(gou)與角(jiao)質(zhi)(zhi)層(ceng)(ceng)(ceng)(ceng)和(he)(he)珍珠(zhu)(zhu)層(ceng)(ceng)(ceng)(ceng)中的(de)(de)文(wen)石(shi)片呈近(jin)垂直交(jiao)接。牡蠣殼(ke)(ke)(ke)不(bu)存在(zai)(zai)文(wen)石(shi)層(ceng)(ceng)(ceng)(ceng)結(jie)構(gou)，即不(bu)存在(zai)(zai)珍珠(zhu)(zhu)層(ceng)(ceng)(ceng)(ceng)，這也說明牡蠣難(nan)于形成晶瑩皎潔珍珠(zhu)(zhu)的(de)(de)原因(yin)。
溝腹(fu)綱(gang)(Solenogasters)和 尾腔綱(gang)(Caudofoveata)都沒有(you)貝(bei)(bei)(bei)殼，形態類似(si)蠕蟲；單板綱(gang)(Monoplacophora)貝(bei)(bei)(bei)殼單一，呈(cheng)帽狀(zhuang)，其(qi)殼頂向前，腹(fu)方彎曲；掘(jue)足綱(gang)(Scaphopoda)貝(bei)(bei)(bei)殼呈(cheng)牛角或(huo)象牙狀(zhuang)，兩端開口(kou)，粗(cu)端為(wei)前。這三類都是貝(bei)(bei)(bei)類的原(yuan)始型，其(qi)結構和組成相對簡單。
研(yan)究發現(xian)，貝殼的(de)形成(cheng)是一種生物(wu)礦(kuang)化過程，即(ji)以少(shao)量有機(ji)(ji)大分(fen)子為模板進行分(fen)子操作，高度有序地組(zu)合(he)形成(cheng)有機(ji)(ji)材料的(de)過程。研(yan)究表明，貝殼主要由無機(ji)(ji)相(xiang)和有機(ji)(ji)相(xiang)組(zu)成(cheng)，無機(ji)(ji)相(xiang)是約(yue)95～99.9%的(de)CaCO3(方解石(shi)、文(wen)石(shi)、球霰石(shi)及(ji)非晶(jing)型) ，相(xiang)同室溫條件下，方解石(shi)是三種晶(jing)型中最(zui)穩定(ding)(ding)的(de)形態，文(wen)石(shi)相(xiang)對穩 定(ding)(ding)，球霰石(shi)則最(zui)不穩定(ding)(ding)。
有機相由約(yue)0.1～5%的有機質(zhi)(蛋白質(zhi)、糖蛋白、多糖、幾丁質(zhi)和 脂質(zhi)等)組(zu)成(cheng)，主要可以分(fen)為酸(水或EDTA)可溶性組(zu)分(fen)、酸不溶-變性劑(ji)可溶組(zu)分(fen)和酸不溶-變性劑(ji)不溶組(zu)分(fen)。
進(jin)一步研究表(biao)明，貝殼主(zhu)(zhu)要含鈣、碳、氧、氫、鍶(si)、鎂(mei) 等 元 素(su)，其(qi)中鍶(si)和鎂(mei)的含量主(zhu)(zhu)要與貝的種類有關。
力學特性及利用
貝(bei)殼的(de)力(li)學(xue)特性是其宏觀(guan)結(jie)構(gou)(gou)的(de)硬質(zhi)屬性和微觀(guan)結(jie)構(gou)(gou)的(de)輔助屬性之間相(xiang)互(hu)作(zuo)用的(de)宏觀(guan)表現。研究發現，珍珠(zhu)(zhu)層內部結(jie)構(gou)(gou)與人骨相(xiang)似(si)，是由有(you)機(ji)(ji)質(zhi)將納米級顆粒狀(zhuang)的(de)無機(ji)(ji)礦物相(xiang)互(hu)連(lian)接(jie)形(xing)成的(de)晶片狀(zhuang)結(jie)構(gou)(gou)，形(xing)成有(you)機(ji)(ji)質(zhi)和無機(ji)(ji)質(zhi)的(de)橋樣結(jie)構(gou)(gou)，即成為具有(you)良好力(li)學(xue)特性的(de)珍珠(zhu)(zhu)層結(jie)構(gou)(gou)。
貝殼(ke)的(de)力學(xue)特(te)性(xing)主要受(shou)到裂紋偏轉、纖維(wei)撥出及有(you)機質橋接作用的(de)影響(xiang)。貝殼(ke)正(zheng)是在多(duo)種因(yin) 素、多(duo)維(wei)度的(de)協同作用下，才表現出良好的(de)力學(xue)特(te)性(xing)。因(yin)此，充分了解貝殼(ke)及其(qi)產物的(de)力學(xue)特(te)性(xing)，有(you)助(zhu)于高(gao)級貝殼(ke)工藝品(pin)和貝殼(ke)粉基(ji)建筑(zhu)材料的(de)開發。
光學特性及利用
貝殼(ke)的(de)(de)(de)光學特(te)性(xing)主要是由于(yu)貝殼(ke)的(de)(de)(de)微結構對(dui)光線的(de)(de)(de)反 射(she)、干(gan) 涉(she)、衍射(she)及特(te)征(zheng)波譜(pu)的(de)(de)(de)吸收特(te)性(xing)。珍珠(zhu)層(ceng)(ceng)薄層(ceng)(ceng)對(dui)光的(de)(de)(de)干(gan)涉(she)及層(ceng)(ceng)與(yu)層(ceng)(ceng)之間、文石(shi)片(pian)晶(jing)之間的(de)(de)(de)狹縫對(dui)光的(de)(de)(de)衍射(she)形成了暈(yun)彩(cai)，珍珠(zhu)層(ceng)(ceng)表(biao)面(mian)的(de)(de)(de)暈(yun)彩(cai)和(he)伴色的(de)(de)(de)顏色與(yu)珍珠(zhu)層(ceng)(ceng)的(de)(de)(de)厚度及其(qi)變(bian)化有關(guan)(guan)，還(huan)與(yu)珍珠(zhu)層(ceng)(ceng)內(nei)文石(shi)晶(jing)體的(de)(de)(de)大(da)小、形態(tai)、排列方式有關(guan)(guan)。
殼(ke)的(de)內表面有以碳(tan)酸(suan)鈣(gai)為主(zhu)的(de)文石結構和(he)少量的(de)有機質成分，它(ta)們在(zai)一定的(de)波譜區域有特(te)(te)征吸收峰。因此，充分了(le)解貝殼(ke)及其產(chan)物的(de)光學特(te)(te)性，有助于(yu)貝殼(ke)產(chan)品檢測研究(jiu)。
吸附特性及利用
貝(bei)殼吸(xi)附(fu)(fu)特性是由于(yu)其結構組織相對(dui)(dui)疏松，孔隙直徑相對(dui)(dui)較大，孔隙分布廣(guang)而均勻;貝(bei)殼粉的(de)(de)(de)(de)表(biao)面較大，吸(xi)附(fu)(fu) 效率(lv)高(gao)基于(yu)以上(shang)結構特性，貝(bei)殼和以貝(bei)殼為基質(zhi)的(de)(de)(de)(de)功能材料在(zai)一定條(tiao)件下(xia)可以實現對(dui)(dui)原油(you)、重金(jin)屬、硫、染料、農藥殺(sha)菌劑(ji)等(deng)的(de)(de)(de)(de)吸(xi)附(fu)(fu)去除(chu)。貝(bei)殼粉可以作為催化劑(ji)載體吸(xi)附(fu)(fu)原油(you)。催化劑(ji)負載在(zai)貝(bei)殼粉表(biao)面較大的(de)(de)(de)(de)反(fan)應(ying)面積上(shang)面，增大了自身與(yu)海面油(you)污的(de)(de)(de)(de)接(jie)觸面積，提高(gao)了催化吸(xi)附(fu)(fu)反(fan)應(ying)的(de)(de)(de)(de)反(fan)應(ying)效率(lv)。
貝(bei)殼(ke)可以用于水處(chu)理(li)領(ling)域，以貝(bei)殼(ke)作為羥基磷灰石(shi)的(de)(de)鈣源可以吸(xi)附去除廢(fei)水中的(de)(de)多種金屬。貝(bei)殼(ke)燃(ran)燒后的(de)(de)產物(wu)可以用于脫硫(liu)(liu)處(chu)理(li)，因(yin)其(qi)顆(ke)粒內(nei)部有更多的(de)(de)氣孔表(biao)面參與脫硫(liu)(liu)反應，反應過程中氣孔不易被脫硫(liu)(liu)產物(wu)阻(zu)塞，可以進行較完全的(de)(de)脫硫(liu)(liu)反應。此(ci)外(wai)，利用此(ci)特性，貝(bei)殼(ke)粉還可用于水處(chu)理(li)、染料(liao)、農藥殘留處(chu)理(li)等領(ling)域。
生物相容性及利用
貝殼的(de)(de)生(sheng)物相(xiang)容性主要(yao)是基于有(you)機質(zhi)的(de)(de)生(sheng)物活(huo)性組分(fen)(fen)。研究發現，貝殼有(you)機基質(zhi)中(zhong)存(cun)在著能夠(gou)促(cu)進(jin)細(xi)胞(bao)(bao)成骨分(fen)(fen)化的(de)(de)信(xin)(xin)號(hao)分(fen)(fen)子，這些信(xin)(xin)號(hao)因子能夠(gou)激活(huo)細(xi)胞(bao)(bao)堿性磷酸酶的(de)(de)活(huo)性，促(cu)進(jin)細(xi)胞(bao)(bao)成骨分(fen)(fen)化過程(cheng)中(zhong)某些特異性蛋白與(yu)基因的(de)(de)表(biao)達，誘導細(xi)胞(bao)(bao)體 礦化等，因而(er)，珍珠層(ceng)在體內環境中(zhong)表(biao)現出良好的(de)(de)生(sheng)物相(xiang)容性。
研究發現人(ren)骨(gu)髓基(ji)質細胞(bao)(bao)在珍珠層(ceng)人(ren)骨(gu)材(cai)料上生(sheng)長并(bing)分泌細胞(bao)(bao)基(ji)質，珍珠層(ceng)-聚乳(ru)酸復(fu)合人(ren)工骨(gu)材(cai)料對骨(gu)髓基(ji)質細胞(bao)(bao)的增值(zhi)無明(ming)顯影響，表現出良好(hao)的生(sheng)物(wu)相容性(xing)。因此，基(ji)于(yu)貝(bei)殼(ke)的生(sheng)物(wu)相容性(xing)，可以用于(yu)貝(bei)殼(ke)基(ji)生(sheng)物(wu)材(cai)料的研究。
生物活性及利用
研究表明，貝殼含有多種生(sheng)物活性成分。這些成分一方面本身(shen)即具(ju)有較好的生(sheng)物活性，另(ling)一方面在加工提取過程中其微(wei)觀結構發(fa)(fa)生(sheng)了(le)變化，激發(fa)(fa)了(le)其生(sheng)物活性作用(yong)。
研究發現從扇貝殼(ke)中制(zhi)取(qu)活(huo)(huo)(huo)性(xing)氧(yang)化鈣比普(pu)通氧(yang)化鈣具(ju)有更(geng)好的(de)(de)活(huo)(huo)(huo)性(xing)及更(geng)明顯的(de)(de)抑菌效果；利用(yong)廢棄貝殼(ke)制(zhi)備(bei)生(sheng)物(wu)(wu)活(huo)(huo)(huo)性(xing)材料羥基磷(lin)(lin)灰(hui)(hui)石，采用(yong)水浴加(jia)熱法(fa)，以貝殼(ke)粉為原料、磷(lin)(lin)酸氫二氨(an)為磷(lin)(lin)源，尿素為添(tian)加(jia)劑，成功(gong)制(zhi)備(bei)出高純相、尺寸均勻可控的(de)(de)納米帶狀羥基磷(lin)(lin)灰(hui)(hui)石；以貝殼(ke)為原料在磷(lin)(lin)酸緩沖液中浸(jin)泡24小時，通過(guo)溶解(jie)-再結晶反應在貝殼(ke)表(biao)面沉積一層具(ju)有片狀結構的(de)(de)碳酸根型磷(lin)(lin)灰(hui)(hui)石，結果表(biao)明，制(zhi)備(bei)的(de)(de)磷(lin)(lin)灰(hui)(hui)石具(ju)有優良的(de)(de)體外生(sheng)物(wu)(wu)活(huo)(huo)(huo)性(xing)；因此(ci)，基于(yu)貝殼(ke)及其組分的(de)(de)生(sheng)物(wu)(wu)活(huo)(huo)(huo)性(xing)，可以用(yong)于(yu)貝殼(ke)基生(sheng)物(wu)(wu)材料及生(sheng)物(wu)(wu)活(huo)(huo)(huo)性(xing)物(wu)(wu)質的(de)(de)研究。
此外，從貝(bei)(bei)殼(ke)(ke)結構出(chu)發，總結了國內外貝(bei)(bei)殼(ke)(ke)廢棄(qi)物的資源化(hua)利(li)用(yong)技術；對比分析了貝(bei)(bei)殼(ke)(ke)粉和輕質(zhi)碳酸(suan)鈣在改善(shan)手抄紙的強度(du)性能(neng)和手抄性能(neng)方面的優勢；研究發現貝(bei)(bei)殼(ke)(ke)具有一定的藥用(yong)價(jia)值，可以用(yong)于疾病的治療；利(li)用(yong)菲律賓蛤仔殼(ke)(ke)粉為原料制(zhi)備環保融雪劑。
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