本项目以探明骨、牙硬组织中蛋白调控磷酸钙的生物矿化机理为研究目标，并为生物矿化材料的多级仿生制备和应用奠定重要的理论基础。研究通过矿化胶原纤维的仿生合成，发现了胶原蛋白调控磷酸钙生物矿化的关键机理及矿化胶原纤维分级组装的重要细节。此外，通过细致分析人编织骨、斑马鱼脊椎骨、牙釉质等天然生物矿化体系的分级组装规则，矿化纤维的排列方式与组织性能的关系等，探讨了基因、蛋白和细胞对矿化过程的多级调控作用。同时，在体外实现了丝素蛋白等有机蛋白调控磷酸钙沉积的多级自组装，进一步验证了胶原蛋白调控磷酸钙矿化的主要机理。本项目研究获得的一系列国际学术界公认的重要科学发现如下： （1）发现矿化胶原纤维自组装的关键过程及机理包括： ①胶原分子自组装成直径约5nm的胶原微纤维； ②胶原表面除羧基外，羰基也是重要的矿化形核位点，指导钙磷盐在胶原微纤维表面有序、定向成核长大至5.5～6.9nm的矿化胶原纤维； ③矿化初始过程中体系存在凝胶化过程，伴随胶原构象迅速改变以及无机物由无定形的磷酸钙相变成结晶很好的二水磷酸氢钙，并进一步成熟为羟基磷灰石； ④若干矿化胶原纤维平行聚集成矿化胶原束，直经在77～192nm。 （2）阐明了天然骨、牙中蛋白调控钙磷盐生物矿化结构的多级组装规则及其与力学性能的关系。包括： ①发现人骨骨折愈合过程中形成的骨痂中矿化胶原微结构特征及其与细胞作用产生的演变； ②揭示出人编织骨、斑马鱼脊椎骨的分级结构及胶原蛋白与钙磷盐的组装规则； ③揭示牙釉质中羟基磷灰石纤维的多级组装结构，以及发现相邻釉柱间与釉柱中心处的纳米力学性能的显著差异。 （3）首次实现丝素蛋白调控磷酸钙矿化，发现具有类似胶原蛋白的矿化过程及微观机理，可形成定向、有序排列的纳米晶羟基磷灰石。 上述科学发现不仅加深了人类对骨、牙等组织中矿化胶原自组装过程的理论认识，具有重大的科学价值，而且已指导一批生物材料新技术的发明和应用，形成发明专利十余项，同时具有重大的社会效益和经济效益。

本项目以探明骨、牙硬组织中蛋白调控磷酸钙的生物矿化机理为研究目标，并为生物矿化材料的多级仿生制备和应用奠定重要的理论基础。研究通过矿化胶原纤维的仿生合成，发现了胶原蛋白调控磷酸钙生物矿化的关键机理及矿化胶原纤维分级组装的重要细节。此外，通过细致分析人编织骨、斑马鱼脊椎骨、牙釉质等天然生物矿化体系的分级组装规则，矿化纤维的排列方式与组织性能的关系等，探讨了基因、蛋白和细胞对矿化过程的多级调控作用。同时，在体外实现了丝素蛋白等有机蛋白调控磷酸钙沉积的多级自组装，进一步验证了胶原蛋白调控磷酸钙矿化的主要机理。本项目研究获得的一系列国际学术界公认的重要科学发现如下： （1）发现矿化胶原纤维自组装的关键过程及机理包括： ①胶原分子自组装成直径约5nm的胶原微纤维； ②胶原表面除羧基外，羰基也是重要的矿化形核位点，指导钙磷盐在胶原微纤维表面有序、定向成核长大至5.5～6.9nm的矿化胶原纤维； ③矿化初始过程中体系存在凝胶化过程，伴随胶原构象迅速改变以及无机物由无定形的磷酸钙相变成结晶很好的二水磷酸氢钙，并进一步成熟为羟基磷灰石； ④若干矿化胶原纤维平行聚集成矿化胶原束，直经在77～192nm。 （2）阐明了天然骨、牙中蛋白调控钙磷盐生物矿化结构的多级组装规则及其与力学性能的关系。包括： ①发现人骨骨折愈合过程中形成的骨痂中矿化胶原微结构特征及其与细胞作用产生的演变； ②揭示出人编织骨、斑马鱼脊椎骨的分级结构及胶原蛋白与钙磷盐的组装规则； ③揭示牙釉质中羟基磷灰石纤维的多级组装结构，以及发现相邻釉柱间与釉柱中心处的纳米力学性能的显著差异。 （3）首次实现丝素蛋白调控磷酸钙矿化，发现具有类似胶原蛋白的矿化过程及微观机理，可形成定向、有序排列的纳米晶羟基磷灰石。 上述科学发现不仅加深了人类对骨、牙等组织中矿化胶原自组装过程的理论认识，具有重大的科学价值，而且已指导一批生物材料新技术的发明和应用，形成发明专利十余项，同时具有重大的社会效益和经济效益。