多肽分子介导的仿生合成生物硅纳米材料

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1、摘要摘要生物矿化是生物体在特定部位和一定物理化学条件下，依靠有机物质的控制或影响，将溶液中的离子转变成为固相矿物的过程。受生物矿化思想的启发,本论文以人工合成的多肽作为有机质，在室温、近中性条件下在生物体外介导硅的仿生合成。重点研究了原子力显微镜在液相状态下实时、原位跟踪多肽介导硅的仿生合成过程，并且探讨了多肽分子介导仿生合成硅材料的机理；同时考察了对硅的微观形貌有重要影响的物理化学因素，以及如何控制这些因素，制备出多种微观形貌的生物硅材料，利用扫描电镜SEM、FTIR、EDS、TGA等表征技术，研究产物的形貌和组成。主要研究工作如下：（1）仿生合成法制备二氧

2、化硅以及影响因素的探讨我们以人工合成的R5肽和多聚赖氨酸为模板剂，正硅酸乙脂为前驱体，在室温近中性条件下在体外介导合成纳米硅材料，并且研究了反应过程中的各物理化学因素对反应的影响，研究发现人工合成的R5肽和多聚赖氨酸均能够在室温近中性条件下介导硅的仿生合成。R5肽介导下主要生成球状结构的硅，当ωTEOS=0.1mol/L,ωR5=10mg/ml，在pH=8.0的磷酸盐缓冲液反应15min时能够制备出比较规则的、表面光滑的、分散性相对较好的球状硅材料；多聚赖氨酸体外介导形成硅的形貌与其分子量有关，小分子量的多聚赖氨酸（1-5KDa）能够介导形成球状的硅颗粒，30

3、-70KDa的多聚赖氨酸介导形成片状的硅材料，大分子量的多聚赖氨酸（15-30KDa）介导下则形成无规形状的硅，但大分子量的多聚赖氨酸能够在电场作用下介导形成球状和棒状的硅材料。红外光谱、X射线能谱（EDS）分析证明产物为硅和多肽的复合物。（2）原子力显微镜实时、原位跟踪反应过程来研究反应机理应用原子力显微镜（AFM）在液相状态下实时、原位跟踪多聚赖氨酸在静止状态下及电场作用下介导的硅的矿化反应，用采到的AFM图像来记录反应过程。根据原位跟踪采到的AFM图像，来探讨多肽在反应中的主要作用及仿生合成法制备二氧化硅的机理，并建立了一个机理模型。关键词：仿生合成；生

4、物硅；多肽；原位跟踪；反应机理IAbstractAbstractBiomineralizationis,undercertainphysicalandchemicalconditions,theinorganicionsinsolutionaretransformedtosolidmineralsunderthespecificcontroloftheorganicspecies.Inspiredbythebiomineralization,thispaperaimedtosynthesizesilicawithspecificmorphologiesunde

5、rmildconditionsofnear-neutralpHandambienttemperatureusingsyntheticpolypeptide.Westudiedtheprocessofpolypeptidedirectedsilicabiomineralizationinsituandreal-timewithAtomicForceMicroscope(AFM)inliquidtoexplorethemechanismofbiomineralization.Ontheotherhand,westudiedtheimportantphysicala

6、ndchemicalfactorsthatimpactedthemicrostructureofsilica,aswellashowtocontrolthesefactorstopreparedifferentsilica.WecharacterizedtheproductsbyScanningElectronMicroscopy(SEM),FourierTransformInfraRedSpectroscopy(FTIR),EnergyDispersiveSpectroscopy(EDS)andThermogravimetricanalyse(TGA)tos

7、tudythemorphologyandcompositionofproducts.Themaincontentinvolves:(1)BiomimeticsynthesisofsilicaandstudythefactorsinfluencingthereactionWeimitatedthebio-mineralizationundermildconditionsofnear-neutralpHandambienttemperatureusingsyntheticR5peptideandpoly-L-(lysine).Studiedvariousphysi

8、calandchemicalfacto