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相似文献
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1.
气-液界面有序介孔SiO2无机膜的仿生合成   总被引:2,自引:0,他引:2  
早在几百万年以前,自然界就通过生物矿化过程形成了结构高度有序的有机/无机复合材料,如哺乳动物的牙床、骨骼以及贝壳珍珠层等[1]。随着对天然生物材料生物矿化过程研究的逐渐深入,材料研究者从中得到极为重要的启示:先形成有机物自组装体,无机先驱物在自组装聚集体与溶液相的界面处发生化学反应,在有机自组装体的模板作用下,形成有机/无机复合体,再将有机模板去除即可得到具有一定形状与组织结构的无机材料。这种模仿生物矿化中无机物在有机物调制下形成过程的材料合成,称为仿生合成(biomimetic synthesis)[2]。仿生合成过程中,通过选择有…  相似文献   

2.
曹含  潘海华  唐睿康 《无机化学学报》2019,35(11):1957-1973
近年来,随着材料科学领域的发展,机械性能优异且具有特定功能的有机-无机复合材料成为了研究热点。而天然的生物矿化过程产生了在自然界中分布广泛、结构特征多样性、机械性能优异的天然生物矿物,比如牙齿、骨骼、珍珠、贝壳、海胆刺、海洋红虫颚等。这些天然复合增强材料中的矿化组织结构特点和矿化机理为仿生设计与合成具有特定结构、特定功能和优异机械性能的材料提供了理论依据。通过模拟天然过程的仿生矿化方法,利用有机基质调控无机矿物成核生长为固态矿物,最终能够定向组装具有特定有序结构和先进功能的有机-无机复合材料。本文主要综述了自然界中通过生物矿化过程得到的高强度、高韧性的天然复合增强材料,以及受生物矿化增强现象的启发,在化学与材料仿生矿化合成中出现的一些有机-无机复合的增强材料。  相似文献   

3.
本文综述了凝胶介质中仿生矿化过程的研究进展。仿生矿化是当前化学、生物学和材料科学的研究前沿和热点。近年来,越来越多的生物学证据表明:生物体中的蛋白质和多糖等生物大分子,往往通过超分子组装形成凝胶状基质网络,进而对生物矿化过程施加影响。因此,凝胶介质中的仿生矿化研究对深入了解生物矿化机理,以及从理论上指导先进功能材料的设计和合成具有重要意义。迄今为止,研究人员已经对天然和合成高分子凝胶、超分子水凝胶和无机凝胶等多种凝胶介质中的仿生矿化过程进行了研究。结果表明:凝胶介质主要通过其三维网络结构限制反应离子在其内部的扩散速率,并掺杂到无机矿物的晶体结构中,从而影响生成晶体的形貌和构造;而且在有机基质(如水溶性有机高分子和自组装单层等)的协同作用下,凝胶介质中的仿生矿化过程也呈现出与水溶液中不同的特点。此外,本文还介绍了当前对凝胶介质中矿物形貌的调控和矿化机理的几种不同观点,并对该领域未来的研究和应用进行了展望。  相似文献   

4.
生物矿化是生命体通过调控无机矿物的成核、取向、生长和组装来制造有机-无机复合材料的过程。借鉴生物矿化的原理,可利用有机基质实现无机材料的可控合成,制备出性能优异的新型复合材料。更有趣的是,将材料和生物体从结构和功能两个层面整合,利用材料-生物之间的协同调控,可构筑出新功能生命体,这也是仿生矿化发展的重要方向。本论文首先介绍生物矿化的基本理论和自然界中的生物矿化现象。随后通过对生物矿物结构和功能的阐述,提出仿生构筑新功能生命体的概念,并系统介绍构筑新型材料-生物体的方法,在此基础上系统总结新功能生命体在环保、能源、医学等领域的应用。最后,针对目前该领域存在的局限和问题展开讨论,对实现智能仿生构筑生命体的研究进行展望。我们认为基于仿生矿化构筑新功能生命体的研究能够推动学科边界不断融合,为材料学、化学生物学、生物无机化学以及医学等领域的发展提供新的方向。  相似文献   

5.
桑艳华  潘海华  唐睿康 《化学进展》2020,32(8):1100-1114
不同于研究体相或分子与分子之间的常规化学,凝聚态化学重点关注的是多层次结构的凝聚态物质,主要研究凝聚态物质的化学性质与功能、构筑机制、凝聚态物质之间的反应以及结构与功能间的关系,也是生物矿化研究中特别感兴趣的科学问题。生物矿化是通过有机基质调控无机矿物的生成,构筑具有多层次结构和特殊功能(如保护、传感和运动等)的生物凝聚态物质。研究生物矿化中的化学构筑与结构-功能关系,通过仿生矿化可以设计并制备具有类生物矿物结构和先进功能的仿生凝聚态材料。本文从凝聚态化学的角度介绍生物矿化和仿生矿化领域的概况以及取得的重要成果和新认识,重点综述了本课题组近年来受生物矿化启发,基于无机离子寡聚体的仿生新材料构筑和功能方面的研究成果。相信生物矿化将为新兴凝聚态化学的研究和发展提供良好参考,同时从凝聚态化学的新高度看待和指导生物矿化,也将促进生物矿化研究走向新的台阶。  相似文献   

6.
李春  于严淏 《应用化学》2022,39(1):74-85
碳酸钙、磷酸钙为代表的生物矿物广泛分布于自然界中,经过不同的矿化过程,在生物体内呈现出多样的结构、形貌和功能,构成生物体多种组织和器官。在人工材料合成领域,仿生矿化通过调控碳酸钙、磷酸钙等矿物的成核与生长,获得具有复杂高级结构和特殊生物功能的无机或无机/有机复合材料。本文重点介绍仿生矿化机理和应用的最近研究进展,包括仿生矿化结晶理论(经典和非经典成核理论)、结晶过程调控方法(无机离子、有机小分子、生物大分子、有机聚合物)以及在生物工程领域的应用(骨组织工程、牙釉质修复、仿生增强材料等),简要展望仿生矿化未来的研究方向,为先进仿生材料的制备与应用提供参考。  相似文献   

7.
王赟  黄海波  褚光  徐雁 《化学进展》2013,(4):589-610
从自然界汲取创新灵感,深层次解析生物材料的形成过程以及结构-功能关系是仿生材料研究的核心问题。生物矿物质是一类天然无机-有机界面复合材料,以复杂高级有序结构、多功能以及温和组装为特点,在复合生物大分子诱导调控下构建而成。天然多糖是一类特殊的碳水化合物,具有丰富的化学和结构特性,它们在众多生物矿物质的形成过程中扮演重要角色。科学家预言多糖在创新功能材料研究中举足轻重。文章以贝壳珍珠层、龙虾壳及硅藻为例,概述生物矿物质的形成过程和结构-功能关系,列举仿生先进材料研究代表性工作,扼要介绍多糖自组装特性、生物功能以及无机-多糖共组装化学,并列举该研究领域代表性前沿工作,评述多糖自组装体诱导构建功能界面材料的研究战略,提出对该研究领域未来发展的粗浅看法。期望以此文抛砖引玉,邀请跨学科合作,推动功能材料集成组装研究领域的发展。  相似文献   

8.
仿生合成技术通过模拟生物矿化机理,以有机物为模板控制无机物的生成,制备具有特殊结构及性能的无机材料.聚合物是仿生合成中较多采用的有机模板之一,用来控制无机粒子的成核、生长及排列,能够在温和条件下合成具有多级结构、特殊形貌和优异性能的有机,无机复合材料.本文综述了聚合物在仿生合成中的应用研究进展,并指出了存在的问题及发展方向.  相似文献   

9.
系统地介绍了仿生合成二氧化硅(SiO2)材料的研究进展,综述了仿生合成SiO2材料的模板分子特点及体外模拟方法,阐述了阴离子的存在、浓度、种类以及人工合成模板基质的不同类型对SiO2的尺寸和形貌的影响,并提出了新的实验思路,即设计合成具有催化活性的稳定的聚氨基酸多肽,在温和条件下,利用这种聚氨基酸多肽作为模板矿化SiO2材料,从而设计合成出具有特殊结构和性能的无机SiO2材料,并将此仿生材料应用到生物催化、药物载体等各个领域。  相似文献   

10.
羟基磷灰石/胶原矿化机理的研究进展   总被引:1,自引:0,他引:1  
仿生合成的羟基磷灰石(HAp)/胶原复合材料的结构和成分与天然骨相似,具有很好的生物相容性、生物活性和生物可降解性,有望成为新一代的骨替代材料。羟基磷灰石/胶原矿化过程其实质是晶体在自组装的胶原纤维上形成的过程,但这一过程在体内是如何进行的至今仍然不清楚。对胶原矿化机理的研究能为制备具有更优越结构和功能的新型骨替代材料提供理论参考。本文概述了羟基磷灰石/胶原矿化机理的研究进展。  相似文献   

11.
Mineralized biological materials such as shells, skeleton, and teeth experience biomineralization. Biomimetic materials exploit the biomineralization process to form functional organic-inorganic hybrid nanostructures. In this work, we mimicked the biomineralization process by the de novo design of an amyloid-like peptide that self-assembles into nanofibers. Chemically active groups enhancing the affinity for metal ions were used to accumulate silicon and titanium precursors on the organic template. The self-assembly process and template effect were characterized by CD, FT-IR, UV-vis, fluorescence, rheology, TGA, SEM, and TEM. The self-assembled organic nanostructures were exploited as a template to form high-aspect-ratio 1-D silica and titania nanostructures by the addition of appropriate precursors. Herein, a new bottom-up approach was demonstrated to form silica and titania nanostructures that can yield wide opportunities to produce high-aspect-ratio inorganic nanostructures with high surface areas. The materials developed in this work have vast potential in the fields of catalysis and electronic materials.  相似文献   

12.
13.
This tutorial review provides an overview of bio-directed synthesis of nanomaterials, starting with the foundation of biomineralization research--how organisms are able to biomineralize materials in vivo--and progressing to studies of biomineralization in vitro. This research is of interest to biologists, chemists and materials scientists alike, especially in light of efforts to find 'greener' methods of inorganic material synthesis. Examples of applications of nanomaterials synthesized by these methods are provided to demonstrate the end goals of biomineralization research.  相似文献   

14.
With their unique sequence‐specific self‐assembly and their substrate recognition properties, peptides play critical roles in controlling the biomineralization of inorganic nanostructures in natural systems and in directing the assembly of important soft matter. These attributes render them particularly useful molecules for the fabrication of new materials. Researchers from many scientific disciplines now use peptides to direct the synthesis of new inorganic nanostructures and the assembly of soft biomaterials. In this Review we describe the developments in this field and focus on the versatility of peptides and their ability to direct the composition and structure of new inorganic materials.  相似文献   

15.
Biomimetic strategies which utilise hydrogels have been targeted due to favourable hydrogel characteristics such as the presentation of a large surface area for crystal nucleation within a structured yet responsive scaffold. Chitosan hydrogels were prepared and mineralised using a combined method which involves alternate soaking of the films with precursor solutions, followed by treatment with saturated mineral solution. This method has been shown to be effective for the synthesis of calcium carbonate-chitosan composite materials with tensile strength comparable to nacre. The ratio of organic to inorganic is readily controlled through the presoaking solution concentrations. The ubiquity of this method is shown here with respect to switching out both the anion (CaHPO(4)) and the cation (BaSO(4)). Cation doping is also readily achieved allowing formation of Mg-rich CaCO(3). Poly(acrylic acid) added to (Mg,Ca)CO(3)-chitosan systems induces the formation of two polymorphs (vaterite and calcite) which coexist within the composite material. The mineralised scaffolds were analysed by SEM and powder XRD. The successful mineralisation of chitosan templates with various inorganic compounds shows that this combined approach is widely applicable as a biomimetic approach.  相似文献   

16.
Biomimetic chemistry offers new approaches to supramolecular materials synthesis and assembly. We have demonstrated that an assembled viral protein cage, comprising an organic core-shell structure, can be used as a template for the size constrained synthesis of Fe(2)O(3). Particle nucleation is directed by the inner scaffold protein layer, while the size constraints are determined by the outer capsid layer.  相似文献   

17.
贝壳珍珠层及其仿生材料的研究进展   总被引:3,自引:0,他引:3  
贝壳珍珠层是一种天然的有机-无机层状复合材料,其独特的多尺度、多级次“砖-泥”组装结构赋予其优异的机械性能.受贝壳珍珠层启发,人们已利用不同方法制备了一系列仿生高强超韧层状复合材料,这些材料在航空航天、军事、民用工程及机械等领域表现出广阔的应用前景.本文就贝壳珍珠层的结构及增韧机制和近年来仿贝壳材料的制备方法及其研究进...  相似文献   

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