生物自身能够在体内合成的最坚硬的物质是什么？
要说生物体内自己就能制造的最硬的玩意儿，那得数牙釉质了。你可能觉得牙齿是骨头之类的，但牙釉质可不是骨头，它要比骨头硬多了。
这东西呢，是包裹在咱们牙齿最外面一层保护壳，就跟给汽车喷上防刮花的外漆似的。它的主要成分是羟基磷灰石，这是一种矿物质，化学式大概是Ca₁₀(PO₄)₆(OH)₂。听起来挺复杂的，但你可以理解成是一种非常紧密的钙和磷酸盐的晶体结构。
关键就在于这个晶体结构。生物体能把这些钙和磷酸盐分子排列得非常整齐，形成一种叫做纳米棒的微小结构。这些纳米棒并不是随便堆在一起，而是像精密的砖块一样，一层一层地叠加、交错，中间还用一种叫做有机基质的东西（主要是蛋白质，比如釉蛋白）粘合起来。这个有机基质虽然软，但它起到了一个非常重要的作用，就是引导羟基磷灰石晶体形成特定的形状和排列方式。
想象一下，你有一堆小小的积木，如果随便堆，那肯定不牢固。但如果你按照设计好的图纸，把积木摆放得整整齐齐，再用一种特殊的胶水粘合起来，那这玩意儿就会变得非常坚固。牙釉质就是这么一个精巧的工程。
生物体是如何做到这一点的呢？这是一个漫长而复杂的过程，叫做矿化。在牙齿发育过程中，有一类叫做成釉细胞的细胞，它们会分泌出大量的有机基质，然后在这个基质的骨架上，一点一点地沉积羟基磷灰石晶体。这个过程受到精确的基因调控和信号传导的控制，确保了晶体的大小、形状、方向以及它们之间的排列都恰到好处。
而且，这些纳米棒的排列方式很有讲究。它们不是垂直的，而是有一定角度地倾斜，并且在不同的区域有不同的排列方向。这种交叉堆叠的方式，就像是在材料内部引入了无数个微小的“裂缝阻碍器”，当外力作用在牙釉质上时，这些力会被分散开，不容易直接造成大面积的破裂。
再加上牙釉质的结构非常致密，几乎没有孔隙，这也让它更难被化学物质侵蚀，比如酸。那些吃甜食后在牙齿上作祟的细菌产生的酸，就很难穿透牙釉质的防护。
所以，牙釉质之所以这么硬，主要归功于：
主要成分的硬度： 羟基磷灰石本身就是一种很硬的矿物质。
精密的纳米结构： 羟基磷灰石以纳米棒的形式存在，并以高度有序的方式排列。
“软”粘合剂的作用： 有机基质在引导晶体生长和提供韧性方面起到了关键作用。
复杂的层级结构： 纳米棒的交叉堆叠和多层次的组织，增加了整体的强度和抗裂性。
从某种意义上说，牙釉质是生物体在漫长的进化过程中，为了应对咀嚼、咬合这些高强度机械作用而精心设计和制造出的“超级材料”。它不单单是硬，更是在硬度、韧性和抗磨损性之间达到了一个令人惊叹的平衡。
当然，生物体内还有其他一些硬度不错的物质，比如骨骼中的磷灰石，贝壳中的碳酸钙晶体（文石或霰石），还有一些生物矿化的壳类（比如海胆的棘），但如果要比硬度，牙釉质目前被认为是生物体自身合成的“冠军”。
这东西呢，是包裹在咱们牙齿最外面一层保护壳，就跟给汽车喷上防刮花的外漆似的。它的主要成分是羟基磷灰石，这是一种矿物质，化学式大概是Ca₁₀(PO₄)₆(OH)₂。听起来挺复杂的，但你可以理解成是一种非常紧密的钙和磷酸盐的晶体结构。
关键就在于这个晶体结构。生物体能把这些钙和磷酸盐分子排列得非常整齐，形成一种叫做纳米棒的微小结构。这些纳米棒并不是随便堆在一起，而是像精密的砖块一样，一层一层地叠加、交错，中间还用一种叫做有机基质的东西（主要是蛋白质，比如釉蛋白）粘合起来。这个有机基质虽然软，但它起到了一个非常重要的作用，就是引导羟基磷灰石晶体形成特定的形状和排列方式。
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而且，这些纳米棒的排列方式很有讲究。它们不是垂直的，而是有一定角度地倾斜，并且在不同的区域有不同的排列方向。这种交叉堆叠的方式，就像是在材料内部引入了无数个微小的“裂缝阻碍器”，当外力作用在牙釉质上时，这些力会被分散开，不容易直接造成大面积的破裂。
再加上牙釉质的结构非常致密，几乎没有孔隙，这也让它更难被化学物质侵蚀，比如酸。那些吃甜食后在牙齿上作祟的细菌产生的酸，就很难穿透牙釉质的防护。
所以，牙釉质之所以这么硬，主要归功于：
主要成分的硬度： 羟基磷灰石本身就是一种很硬的矿物质。
精密的纳米结构： 羟基磷灰石以纳米棒的形式存在，并以高度有序的方式排列。
“软”粘合剂的作用： 有机基质在引导晶体生长和提供韧性方面起到了关键作用。
复杂的层级结构： 纳米棒的交叉堆叠和多层次的组织，增加了整体的强度和抗裂性。
从某种意义上说，牙釉质是生物体在漫长的进化过程中，为了应对咀嚼、咬合这些高强度机械作用而精心设计和制造出的“超级材料”。它不单单是硬，更是在硬度、韧性和抗磨损性之间达到了一个令人惊叹的平衡。
当然，生物体内还有其他一些硬度不错的物质，比如骨骼中的磷灰石，贝壳中的碳酸钙晶体（文石或霰石），还有一些生物矿化的壳类（比如海胆的棘），但如果要比硬度，牙釉质目前被认为是生物体自身合成的“冠军”。
网友意见
只谈莫氏硬度的话，各种生物硅里的二氧化硅。例如硅藻的壳其实是纳米针状二氧化硅，人工收集起来能做成吓死人的材料。
强度也算上的话，帽贝(Limpet)的齿舌上那些小齿的齿冠。
它是蛋白质和针铁矿纳米纤维形成的复合结构，可以切削硅酸盐岩石和二氧化硅。
不止硬度高，实验中6500兆帕的压强才能将一束牙齿上的材料压变形，证明其强度远高于达尔文吠蛛的蛛丝这一传统认识上拉伸强度最高的生物材料。
一般来说，同一种材料组成的结构越大，所包含的裂纹就越多，强度就会比结构较小、裂纹较少的结构更弱。但帽贝牙齿却是一个例外。Barber教授称，帽贝的聪明之处在于它们将矿物纤维用在了特定的尺寸之下，纤维中的裂纹并不会影响这种复合结构的强度。
如果人类能利用它，将获得一种新的强度超大且密度较低的物质，可以用于防弹衣、汽车、飞机、船舶。
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