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磷是植物的必需营养元素之一,植物根系吸收和利用土壤中的有效磷并在体内形成有机/无机磷组分,而动物/人体摄取含磷物质后,能形成遗传物质核酸和骨骼、牙齿等重要组织和器官的组分。无论在土壤中或生物体内,磷最重要的无机形态均为磷酸钙,磷酸钙可通过多阶段相转变过程逐步结晶为热力学稳定的羟基磷灰石（HAP）相。对于溶解度较高的二水磷酸氢钙（DCPD,CaHPO4·2H2O）,其主要以经典的单体添加方式结晶,动力学结晶过程中生物分子极易破坏晶体-溶液界面的局部微环境或物理性阻碍溶质分子的吸附。对于溶解度较低的HAP则主要以纳米粒子粘附的方式结晶,有机分子形成矿化模版调控着成核热力学过程。尽管如此,对磷酸钙成核与表面生长动力学机制的研究还并不完善,因此本研究主要借助原子力显微镜的成像和力学测试模式,定量分析了磷酸钙结晶动力学,得到的主要结果如下:1.柠檬酸（CA）和羟基柠檬酸（HCA）对DCPD结晶的调控机制利用原子力显微镜（AFM）原位研究了在不同抑制剂浓度和过饱和度条件下,CA和HCA对DCPD结晶的调控机制。结果表明发现两种抑制剂均表现出两种不同的抑制方式:在高过饱和度下通过降低台阶密度控制晶体结晶速度;在高抑制剂浓度和低过饱和度下能够降低[1?00]Cc台阶的移动速度,两种抑制方式的转变由平台寿命决定。分子模拟结果表明HCA和晶面之间能通过分子识别形成强相互作用力,解释了AFM观察到的新台阶形成和[101]Cc方向的溶解是由于添加分子与晶体晶格之间产生强应力作用。2.HAP存在两种生长方式:经典的螺旋生长方式和非经典的粒子粘附生长在AFM不同成像模式下长时间原位观测HAP（100）面的生长情况,发现在近生理条件下,HAP既可通过经典的螺旋生长方式也可通过非经典的粒子粘附生长,这表明这两种生长方式并不彼此排斥。在以非经典粒子粘附生长的过程中,粒子通过自组装和聚集,从最初大小不同的类球形粒子逐步转化为三角形和六边形固体。3.骨桥蛋白（OPN）抑制磷酸钙矿化的热力学基础利用AFM量化了HAP过饱和溶液在脂筏膜基底上的成核动力学,发现成核速率与OPN序列有关,且成核的热力学能垒会随着界面自由能（γ）的减小而减小。结合基于AFM的单分子技术,对OPN肽段与HAP（100）面间的结合能（ΔGB）进行测定。结果表明,γ和ΔGB呈线性关系,成核能垒的增加对应着强肽段-晶核结合,证明了OPN序列调控Ca-P矿物在脂筏膜表面成核的热力学基础。