生物矿化是自然界中常见的一种现象,生物体可以通过生物矿化制备具有多级有序结构的功能材料。生物矿化过程中由于有有机基质介入到无机材料的形成过程中,使得形成的复合材料具有优异的性能,因此将生物矿化通过模拟或者仿生的方法应用到实际生产中具有重要意义。自然界中众多微生物均可以诱导碳酸钙沉积,如巴氏芽孢八叠球菌Sporosarcina pasteurii和铜绿假单胞菌Pseudomonas aeruginosa,可以把这类细菌统称为碳酸盐矿化菌。研究碳酸盐矿化菌自身生理特性对于进一步阐述其诱导碳酸盐矿化的机制具有重要意义,同时也为更好的应用生物矿化打下坚实的理论基础。本研究旨在揭示碳酸盐矿化菌本身的运动行为,并以巴氏芽孢八叠球菌为例对其生物矿化的动态过程和应用进行了初步探索。首先,本研究利用高通量的细菌显微追踪技术,发展了在细胞层面定量表征细菌运动的方法,并利用该方法研究了巴氏芽孢八叠球菌和铜绿铜绿假单胞菌的运动行为。研究结果显示对于巴氏芽孢八叠球菌,我们没有观察到其在普通材料表面做蹭行运动,而其在液体中的近表面游动可以分为两种类型,一种是漫游,特点是蜿蜒的轨迹;一种是轨道运动,特点是重复的高曲率轨道。巴氏芽孢八叠球菌在不同生长阶段运动速率差异较大,在对数前中期运动速率较快。随着生长阶段的延伸,细菌表现出的运动活性也越来越低。另外通过对比在有钙离子和没有钙离子条件下细菌的运动行为,我们发现当环境中含有钙时由于碳酸钙的形成包裹了细菌,使得细菌的延迟期加长,相同时间点细菌活性均低于不含钙的培养基,运动速率较慢。并且结果显示细菌活性越好,越偏向于做运动曲率较小的漫游运动。该结果表明了生物矿化过程对于细菌运动行为的影响。而对于铜绿假单胞菌,我们主要研究了跟多糖Psl相关的突变株在表面的运动行为,这为后续的多糖在生物矿化中的作用研究打下了基础。其次,通过实时追踪巴氏芽孢八叠球菌诱导的生物矿化过程,揭示了细菌诱导碳酸钙晶体产生经历无定形碳酸钙的过程。在此基础上,本研究尝试利用生物矿化来制备多孔碳酸钙晶体结构。我们借助微生物诱导碳酸钙沉积过程中从无定形碳酸钙到碳酸钙晶体的转化过程,采用胶体晶体模板法,经过原位晶化制备成功得到了多孔碳酸钙晶体结构。这种利用微生物形成多孔晶体的方法为纳米图案化无机晶体材料的制备提供了一种可以借鉴的生物合成途径。