仿生策略在納米材料中的應(yīng)用.pdf

1、材料學(xué)家可以從自然界中獲得靈感來(lái)設(shè)計(jì)新的材料。例如，在生物體系中，酶、抗體和激素對(duì)底物、抗原和受體展現(xiàn)出特有的分子識(shí)別功能?？茖W(xué)家依據(jù)此原理，發(fā)明了分子印跡材料。生物礦物如脊椎動(dòng)物的骨頭、牙齒，軟體動(dòng)物的殼等一直吸引著眾多研究者，因?yàn)檫@些生物礦物有著獨(dú)特的層次結(jié)構(gòu)、非常好的機(jī)械性質(zhì)、可以控制的晶型、環(huán)境友好的合成方式以及良好的生物相容性。受生物礦物的啟發(fā)，研究者合成了一系列高性能的仿生無(wú)機(jī)材料。在本文中，我們根據(jù)生物體系中的分子識(shí)別原理

2、合成了分子印跡的硅納米線(xiàn)，可用于蛋白質(zhì)的特異性識(shí)別。此外，我們還模仿生物礦化的過(guò)程分別合成了釩酸銀和釩酸鉍，其主要內(nèi)容如下：
　　 (1)以硅納米線(xiàn)作為支撐材料，多巴胺作為功能單體制備了蛋白質(zhì)印跡納米線(xiàn)。所制備的印跡納米線(xiàn)具有快速的吸附動(dòng)力學(xué)(五分鐘內(nèi)可以吸附平衡量的75％)，好的選擇性（相比于競(jìng)爭(zhēng)分子，印跡納米線(xiàn)對(duì)模板分子具有更大的吸附容量）以及大的吸附容量(213.7mg/g)。此外，所制備的印跡納米線(xiàn)還具有良好的重復(fù)使用性

3、和多功能性。
　　 (2)利用仿生的方法合成了純的、高結(jié)晶性的介穩(wěn)相α-AgVO3。分別用牛血紅蛋白、牛血清蛋白、溶菌酶這三種蛋白質(zhì)作為誘導(dǎo)試劑，來(lái)調(diào)控釩酸銀的成核及生長(zhǎng)。此外，我們還發(fā)現(xiàn)蛋白質(zhì)的加入量對(duì)產(chǎn)物的形貌和結(jié)晶都有重要的影響。研究表明VO3-/蛋白質(zhì)復(fù)合物是誘導(dǎo)形成介穩(wěn)相產(chǎn)物的主要推動(dòng)力，我們也分別用動(dòng)態(tài)光散射和紫外．可見(jiàn)光譜證實(shí)了VO3-/蛋白質(zhì)復(fù)合物確實(shí)存在。實(shí)驗(yàn)結(jié)果啟示我們調(diào)控蛋白質(zhì)和無(wú)機(jī)分子之間的作用力是仿生合

4、成介穩(wěn)相產(chǎn)物的關(guān)鍵，我們可以用此原理設(shè)計(jì)合成其它新的無(wú)機(jī)功能材料。
　　 (3)通過(guò)仿生的合成策略合成了BiVO4。分別對(duì)反應(yīng)時(shí)間、pH等實(shí)驗(yàn)條件對(duì)釩酸鉍結(jié)晶的影響做了研究。當(dāng)以BiCl3作為鉍源時(shí)，分別用牛血紅蛋白、牛血清蛋白、溶菌酶這三種蛋白質(zhì)作為誘導(dǎo)試劑，研究了它們對(duì)結(jié)晶及晶體生長(zhǎng)的影響。結(jié)果表明結(jié)晶過(guò)程為反應(yīng)控制，各蛋白質(zhì)對(duì)晶體生長(zhǎng)的調(diào)控能力：牛血紅蛋白＞溶菌酶＞牛血清蛋白。當(dāng)以Bi(NO3)3作為鉍源時(shí)，我們將蛋白質(zhì)對(duì)