納米材料的仿生合成.ppt

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1、第三章納米材料的仿生合成材料的仿生合成：結(jié)構(gòu)仿生功能仿生過程仿生仿生礦化材料無機(jī)納米材料的仿生合成（軟模板法）復(fù)合納米材料這些美麗的畫中是什么?珊瑚貝殼（生物礦化材料）生物礦化材料=礦物質(zhì)+有機(jī)基質(zhì)（多糖、蛋白等）如骨，牙=羥基磷灰石(納米)+膠原蛋白，磷蛋白膠原蛋白——一類糖蛋白，水溶性差作用：構(gòu)成礦化組織的支持結(jié)構(gòu)磷蛋白——可溶性蛋白,富含天冬氨酸,磷酸絲氨酸,與Ca2+結(jié)合力強(qiáng)作用：引起和指導(dǎo)礦化不溶性多糖幾丁質(zhì)和蛋白質(zhì)富有天冬氨酸等酸性氨基酸的可溶蛋白珍珠=碳酸鈣+有機(jī)基質(zhì)(殼角蛋白)方

2、解石文石生物分子誘導(dǎo)碳酸鈣納米顆粒的形成示意圖YYYYAspAspAspCa2+CO32-天冬氨酸界面分子或離子識(shí)別成核生物礦物的特點(diǎn)具有特殊的高級(jí)結(jié)構(gòu)和組裝方式；具有特殊的理化性質(zhì)和生物功能;天然的生物高分子/無機(jī)復(fù)合材料.珍珠的層狀結(jié)構(gòu)生物礦化的4個(gè)階段1）有機(jī)基質(zhì)的預(yù)組織（超分子預(yù)組織）：在礦物沉積前構(gòu)造一個(gè)有組織的反應(yīng)環(huán)境，該環(huán)境決定了無機(jī)物成核的位置。有機(jī)基質(zhì)的預(yù)組織是生物礦化的模板前提，預(yù)組織原則是指有機(jī)基質(zhì)與無機(jī)相在分子識(shí)別之前將識(shí)別無機(jī)物的環(huán)境組織的愈好，則它們的識(shí)別效果愈佳,形成的無機(jī)相

3、愈穩(wěn)定。該階段是生物礦化進(jìn)行的前提。2）界面分子識(shí)別分子識(shí)別表現(xiàn)為有機(jī)基質(zhì)分子在界面處通過晶格幾何特征，靜電電勢相互作用，極性，立體化學(xué)互補(bǔ)，氫鍵相互作用，空間對稱性和形貌等方面影響和控制無機(jī)物的成核的部位，結(jié)晶物質(zhì)的選擇，晶形，取向及形貌等。3）生長調(diào)制（化學(xué)矢量調(diào)節(jié)）無機(jī)相通過晶體生長進(jìn)行組裝得到亞單元，同時(shí)形狀，大小，取向和結(jié)構(gòu)受有機(jī)基質(zhì)分子組裝體的控制；由于實(shí)際生物體內(nèi)礦化中有機(jī)基質(zhì)是處于動(dòng)態(tài)的所以在時(shí)間和空間上也受有機(jī)基質(zhì)分子組裝體的調(diào)節(jié)。在許多生物體系中，分子構(gòu)造的第三個(gè)階段即通過化學(xué)矢量調(diào)節(jié)

4、賦予了生物礦化物質(zhì)具有獨(dú)特的結(jié)構(gòu)和形態(tài)的基礎(chǔ)。4）外延生長（細(xì)胞水平調(diào)控與再加工）在細(xì)胞參與下亞單元組裝成更高級(jí)的結(jié)構(gòu)。該階段是造成天然生物礦化材料與人工材料差別的主要原因，而且是復(fù)雜超精細(xì)結(jié)構(gòu)在細(xì)胞活動(dòng)中進(jìn)行最后的修飾的階段。(-)無機(jī)納米材料的仿生合成將生物礦化的原理引入到無機(jī)材料的合成中，以有機(jī)物的組裝體為模板（軟模板），去控制無機(jī)物的形成。制備具有獨(dú)特的顯微結(jié)構(gòu)特點(diǎn)的無機(jī)材料，使材料具有優(yōu)異的物理和化學(xué)性能。1.生物模板近年來在納米結(jié)構(gòu)生物材料制備技術(shù)研究中，從仿生構(gòu)思出發(fā)的模板技術(shù)引人注目，生物

5、模板可以選擇生物分子（氨基酸、蛋白質(zhì)、多糖、DNA等）、植物體、微生物、病毒等。構(gòu)成蛋白質(zhì)的氨基酸有20種；?-氨基酸不變部分可變部分?除甘氨酸和脯氨酸外，其他均具有如上結(jié)構(gòu)通式，各種氨基酸的區(qū)別在于側(cè)基R基上。氨基酸的結(jié)構(gòu)通式（1)生物小分子氨基酸模板凈電荷+10-1正離子兩性離子負(fù)離子pHpI等電點(diǎn)氨基酸的兩性電離及等電點(diǎn)(IsoelectricpointpI)Controloverthecrystalphase,shape,sizeandaggregationofcalcium

6、carbonateviaaL-asparticacidinducingprocessBiomaterials25(2004)3923–3929天冬氨酸模板實(shí)驗(yàn)部分CaCl2(20ml，0.5mol/L)L-Asp-CaCl22.NaCO3(20ml，0.5mol/L)+L-Asp-CaCl2(緩慢加入)CaCO33.對比實(shí)驗(yàn)。上述實(shí)驗(yàn)中不加L-Asp，以便分析L-Asp對CaCO3結(jié)晶的影響.4.CaCO3沉淀用去離子超純水洗滌，離心，干燥，測試5.QCM測定(石英振蕩微天平)記錄頻率變化,分析模板（A

7、sp）的誘導(dǎo)作用不同量L-Asp(0,5,10,15,20,30,40mg)超聲溶解37℃SEMXRDAspCa2+CO32-界面離子識(shí)別成核AspCa2+Asp-CaCO3Resultsanddiscussion1）InvestigationofCa2+/L-AspcomplexationwithQCMAQCMhasbeenusedasamasssensorforawidefieldofapplicationsinchemistry,biologyandenvironmental,foodandclin

8、icalanalysis.ItsresonantfrequencydecreaseswiththeincreaseofmassontheQCMelectrodeinananogramlevel.Fig.1.Frequencyshifts(ΔF)asafunctionoftheAsp/Ca2+complextime.Fig.2.Frequencyshifts(ΔF)asafunctionoftheL-Aspconcentrato