雙親短肽A6K及V6K介導(dǎo)仿生合成形貌可控的二氧化硅材料及其機(jī)理研究.pdf

1、自然界中,生物礦化材料普遍存在。這些礦化材料具有人工材料無(wú)法比擬的復(fù)雜結(jié)構(gòu)與優(yōu)良性能。其中,二氧化硅材料是其中典型的代表之一。基于生物礦化原理發(fā)展起來(lái)的仿生合成技術(shù)克服了傳統(tǒng)化學(xué)合成法的高溫、高壓、強(qiáng)酸堿等極端條件,是典型的低能耗環(huán)境友好型合成技術(shù)。因此,將仿生合成技術(shù)應(yīng)用于性能優(yōu)良、結(jié)構(gòu)可控的二氧化硅材料合成受到了廣泛的關(guān)注。本論文以雙親短肽A6K及V6K作模板,在溫和條件下可控合成了二氧化硅復(fù)合材料。探討了短肽的自組裝及礦化機(jī)理。主

2、要研究工作如下:
　?、澎o置條件下雙親短肽A6K及V6K的自組裝及礦化條件的優(yōu)化
　　我們分別研究了短肽A6K及V6K在靜置條件下的自組裝結(jié)構(gòu)及二級(jí)結(jié)構(gòu)。A6K自組裝形成穩(wěn)定的納米纖維,圓二色譜(CD)數(shù)據(jù)表明其二級(jí)結(jié)構(gòu)為無(wú)規(guī)卷曲。相同條件下V6K則自組裝形成納米薄片,其二級(jí)結(jié)構(gòu)為典型的β折疊。分別以A6K及V6K自組裝聚集體作為礦化模板,考察了硅酸濃度對(duì)礦化的影響,進(jìn)而優(yōu)化了二氧化硅復(fù)合材料的合成條件。結(jié)果表明,中等硅酸濃

3、度(20mM)下時(shí),能夠得到形貌規(guī)則、表面光滑及層次明晰的二氧化硅復(fù)合材料。
　?、仆饧硬煌瑥?qiáng)度的電場(chǎng)對(duì)雙親短肽A6K和V6K自組裝及礦化的影響
　　與靜置條件相比,外加電場(chǎng)后短肽A6K同樣自組裝形成納米纖維結(jié)構(gòu),不同的是形成納米纖維尺寸更均一。另外,隨著電場(chǎng)強(qiáng)度的增加,短肽A6K自組裝更易發(fā)生軸向聚集,使得自組裝聚集體尺寸有增大的趨勢(shì)。而V6K自組裝聚集體形貌由靜置的納米小片轉(zhuǎn)變成低電場(chǎng)的納米纖維最終變成高電場(chǎng)強(qiáng)度的納米片

4、狀。礦化結(jié)果表明,電場(chǎng)條件更利于短肽控制二氧化硅復(fù)合材料的形貌與大小。二氧化硅復(fù)合材料尺寸隨著電場(chǎng)強(qiáng)度增加有增大的趨勢(shì)。根據(jù)以上實(shí)驗(yàn)結(jié)果,探討了外加電場(chǎng)條件下短肽誘導(dǎo)合成二氧化硅復(fù)合材料的自組裝礦化機(jī)理,并提出了一個(gè)合理的模型圖。
　　⑶不同氣流速率對(duì)雙親短肽A6K和V6K自組裝及礦化的影響
　　流動(dòng)場(chǎng)條件下,短肽A6K及V6K自組裝受到流體剪切力的影響,自組裝聚集體尺寸隨著氣流速率的增加有減小的趨勢(shì)。與靜置條件相比,流動(dòng)場(chǎng)

5、條件下A6K自組裝及礦化形貌無(wú)明顯變化,而疏水性更強(qiáng)的V6K自組裝及礦化形貌則由片狀轉(zhuǎn)變成纖維狀或棒狀。短肽A6K和V6K誘導(dǎo)仿生合成二氧化硅復(fù)合材料的尺寸有隨著氣流速率的增加而減小的趨勢(shì)。實(shí)驗(yàn)表明,短肽A6K和V6K仿生合成二氧化硅復(fù)合材料的機(jī)理與之前研究的聚賴氨酸仿生合成的機(jī)理并不相同,短肽先自組裝形成特定形貌的聚集體,進(jìn)而以此為模板催化二氧化硅在表面的沉積,最終形成形貌與自組裝聚集體類似的二氧化硅復(fù)合材料。根據(jù)以上實(shí)驗(yàn)結(jié)果,探討了