双壳纲贝壳韧带和珍珠层的结构色及微结构研究

摘要

本文利用反射光谱、扫描电镜及理论模拟计算等研究手段对淡水贝三角帆蚌，海水贝大珠母贝、合浦珠母贝、企鹅珍珠贝及黑嘴贝珍珠层和三角帆蚌及文蛤（海水贝）韧带（指韧带内层）的结构色及微结构进行了较为系统的研究；另外，以光芒豆蛏为主要研究对象，首次对韧带外层的结构色及微结构进行了初步研究。
　　 本文所得主要结论如下：
　　 （1）首次发现贝壳珍珠层纵向文石板片厚度在不同部位存在明显差异，并根据SEM观察结果初步建立了两种新的珍珠层结构模型，分别为连续可变厚度模型和随机可变厚度模型。
　　 （2）利用反射光谱首次在珍珠层中探测到多级反射峰，并确认珍珠层的结构色是由按周期性定向交错排列的文石板片和蛋白质层构成的多层反射器结构及珍珠层中的色素共同作用决定的；另外，各样品珍珠层文石板片厚度从生长端到壳中区显著减小（海水贝）或增大（淡水贝），导致同级别反射峰波长呈现明显的蓝移或红移现象。
　　 （3）各样品韧带从湿润到干燥状态，其反射峰中心波长均呈现明显的蓝移现象，且反射峰强度逐渐下降；确认韧带的结构色是由按周期性定向排列的文石纤维和蛋白质构成的二维光子结构引起的，水对该光子结构的带隙范围及反射峰强度具有明显的调节作用，可见贝壳韧带具有湿敏性二维可调光子结构特征，属于一种天然湿敏性二维可调光子带隙材料。
　　 （4）首次发现韧带外层由丝状蛋白质纤维紧密堆积而成，并根据其微结构组成特征初步建立了由文石纤维层、蛋白质纤维层及叠片层组成的完整的韧带微结构模型；其中蛋白质纤维层在湿润状态下可呈现明显的结构色，但在干燥状态下由于只具有一种光密介质而无法呈现结构色；水对韧带外层结构色具有决定性调节作用，该调节作用主要通过动态调节蛋白质纤维中心间距和平均折射指数间的相互作用关系来实现，可知由蛋白质纤维组成的韧带外层属于一种高湿敏性二维可调生物光子带隙材料。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章前言

1.1自然界中的生物光子结构

1.2自然界中的多层反射器结构

1.3贝壳珍珠层结构色研究现状

1.3.1贝壳的组成及微结构

1.3.2贝壳的彩虹色成因

1.4贝壳韧带的研究现状

1.4.1贝壳韧带的组成及微结构

1.4.2贝壳韧带的结构色

1.5本文的研究目的和研究内容

第二章实验样品的基本特征

2.1样品来源及处理

2.2样品的基本特征

2.2.1贝壳珍珠层

2.2.2贝壳韧带

2.3本章小结

第三章贝壳珍珠层及韧带微结构的SEM研究

3.1实验材料和方法

3.2珍珠层微结构的SEM研究

3.2.1三角帆蚌珍珠层

3.2.2大珠母贝珍珠层

3.2.3合浦珠母贝珍珠层

3.2.4企鹅珍珠贝珍珠层

3.2.5黑嘴贝珍珠层

3.3韧带微结构的SEM研究

3.3.1三角帆蚌韧带

3.3.2文蛤韧带

3.4本章小结

3.4.1珍珠层

3.4.2韧带

第四章贝壳珍珠层及韧带结构色的反射光谱研究

4.1实验材料和方法

4.2珍珠层结构色的反射光谱研究

4.2.1三角帆蚌珍珠层及粉末反射光谱

4.2.2大珠母贝珍珠层及粉末反射光谱

4.2.3合浦珠母贝珍珠层及粉末反射光谱

4.2.4企鹅珍珠贝珍珠层及粉末反射光谱

4.2.5黑嘴贝珍珠层及粉末反射光谱

4.3韧带结构色的反射光谱研究

4.3.1三角帆蚌韧带及粉末反射光谱

4.3.2文蛤韧带反射光谱

4.4本章小结

4.4.1珍珠层

4.4.2韧带

第五章珍珠层及韧带结构色成因分析

5.1珍珠层结构色成因分析

5.1.1珍珠层中的多层发射器结构

5.1.2珍珠层中的化学色对其结构色的影响

5.1.3珍珠层的非理想化程度对其结构色的影响

5.2韧带结构色成因分析

5.2.1韧带中的准周期二维光子结构

5.2.2韧带中的湿敏性二维可调光子结构特征

5.2.3韧带中的蛋白质驱动变色机制

5.3本章小结

第六章韧带中蛋白质纤维层的结构色及微结构新发现

6.1实验材料及方法

6.2韧带内外层结构色特征

6.2.1韧带外层结构色

6.2.2韧带内层结构色

6.3韧带微结构SEM观察

6.4韧带内外层结构色反射光谱研究

6.4.1韧带外层反射光谱

6.4.1韧带内层反射光谱

6.5光芒豆蛏韧带外层结构色成因分析

6.6本章小结

主要成果及今后工作方向

参考文献

致谢

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