超细磁铁矿颗粒的生物矿化机理研究

生物成因磁铁矿多为超细磁性颗粒，其成分和含量对沉积物剩磁具有重要影响，而且磁铁矿化石对于古气候、古环境以及探索早期生命演化也具有一定的指示意义。要正确认识和区分生物成因磁铁矿及其磁学特性需要从根本上认识磁铁矿的矿化机理。铁蛋白的水铁矿内核是生物体内磁铁矿的可能合成前体，探究水铁矿的转化是磁铁矿矿化研究的重要内容。本项目拟以铁蛋白为矿化模板，模拟生物体内可能的还原环境，利用天然水铁矿原位相变合成磁铁矿。采用先进的低温磁学、FORC技术，结合X射线衍射、穆斯堡尔谱和透射电子显微镜等分析手段，详细研究转化产物的磁学特性、矿物成分、粒度等，为认识生物矿化形成超细磁铁矿的机理提供新证据，并为深入了解超细磁性颗粒在环境磁学中的贡献及医学应用提供重要的磁学实验依据。

生物体内超细粒度磁铁矿的矿化机制是生物地磁学交叉研究的难题和核心科学问题。项目按计划完成了半胱氨酸、谷胱甘肽等生物体内还原性物质对水铁矿底物的原位还原反应以及过氧化氢等氧化性物质催化磁铁矿矿化的研究，包括利用天然马脾铁蛋白和空壳人源铁蛋白作为反应模板和底物，开展不同剂量、不同反应温度和不同进样速率的合成反应。在原有计划外，对动物(蝙蝠)体内可能存在有磁铁矿颗粒进行磁学探测和鉴定研究。主要获得以下成果：（1）获得高纯度的动物组织天然铁蛋白和基因工程菌生成的H-亚基铁蛋白，详细表征了天然马牌铁蛋白的磁学特性。（2）实验室条件下，半胱氨酸、谷胱甘肽、维生素C以及过氧化氢都不能实现铁蛋白水铁矿内核向磁铁矿成分的原位转化；合成温度是影响水铁矿内核结晶度的重要因素。（3）确定过氧化氢在生理温度（35º-37º）下可以催化二价铁生成磁铁矿纳米内核，水铁矿可能是其重要的中间产物；获得了无相互作用磁铁矿纳米颗粒的磁学特性和几个重要的磁学参数。发现动物体内生物矿化的磁性颗粒含量甚微，呈现磁铁矿等软磁性成分特性。