无机材料的仿生合成

生物矿化重要的特征之一是细胞分泌的有机基质调制无机矿物的成核和生长, 形成具有特殊组装方式和多级结构特点的生物矿化材料(如骨、牙和贝壳)。仿生合成就是将生物矿化的机理引入无机材料合成, 以有机物的组装体为模板, 去控制无机物的形成,制备具有独特显微结构特点的无机材料, 使材料具有优异的物理和化学性能。仿生合成已成为无机材料化学的研究前沿。本文综述了无机材料仿生合成的发展现状。     

仿生矿化增强材料

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。     

P123 / SDS水溶液中碳酸钙结晶及形貌的研究

仿生合成是模拟生物矿化合成人工晶体的一种方法。在生物矿化中的无机矿物往住是在有机基质的参与下形成的,它们在有机基质上成核,并且在整个结晶过程中受到有机基质及其他生命活动的调控,因而在晶体的形态、尺寸、以及取向上都具有高度的统一性和有序性[1],     

有机分子在基底上的自组装及其在仿生材料合成中的应用

基底对有机分子的自组装有着重要的影响作用，有机分子不同的自组装方式在仿生材料合成，生物膜等方面有重要用途，本文综述了有机分子在不同基底上的自组装方式及其在仿生材料合成中的应用，并对有机分子的自组装方式的发展趋势及广阔应用前景作了进一步的展望。     

多层次二氧化硅材料的仿生矿化研究进展

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。     

聚合物在仿生合成中的应用研究进展

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.     

以L-组氨酸为模板仿生合成针状纳米碳酸钙

依据仿生合成原理, 以L-组氨酸为有机基质, 无水氯化钙和无水碳酸钠为原料, 通过简单的复分解反应制备出了平均直径约为80 nm, 长径比约为12∶1的针状纳米碳酸钙晶体. 利用高分辨扫描电子显微镜(FESEM)、X射线衍射仪(XRD)、傅里叶红外光谱议(FTIR)对产物进行了表征, 结果表明, 在不添加有机基质的溶液中得到立方状微米级的碳酸钙晶体, 添加L-组氨酸后得到针状纳米级的碳酸钙晶体, 并对L-组氨酸在仿生合成针状纳米碳酸钙过程中的作用机理进行了初步探讨.     

氧化石墨烯在仿生合成中的应用及研究

氧化石墨烯薄片的边缘含有大量的含氧功能团(如羧基等),这些官能团可以有效地与金属离子作用而成为晶体的成核位点,从而使得氧化石墨烯具备模板功能而用于仿生合成。论文综述了氧化石墨烯用作模板剂在仿生合成有机/无机杂化材料方面的应用研究进展,介绍了其基本原理,阐述了不同类型杂化材料的制备方法,并展望了石墨烯基有机/无机杂化材料的发展新趋势。     

凝胶介质中仿生矿化过程的研究*

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。     

高分子基质作用下多孔碳酸钙的仿生合成

依据生物矿化的基本原理,通过仿生合成的方法,以聚丙烯酰胺作为基质合成了一种有机、无机复合的多孔碳酸钙材料.用X射线粉末衍射(XRD)分析、扫描电子显微镜(SEM)、傅里叶变换红外吸收光谱(FT-IR)和电导率测定等手段对所得复合碳酸钙进行了表征,结果发现该多孔CaCO3晶体为方解石型,并且在结晶过程中,聚丙烯酰胺与CaCO3之间存在着相互作用,本文讨论了这种作用的可能机理.     

气-液界面有序介孔SiO2无机膜的仿生合成

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…     

从生物矿化到仿生矿化：构筑新功能生命体

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。     

高分子基质作用下碳酸钙的仿生合成

依据生物矿化的基本原理,在动态条件下,通过仿生合成的方法,以三种高聚物：聚乙三醇、聚乙烯醇、羟乙基纤维作为有机基质,分别合成了高聚物含量不同的三种CaCO~3/高聚物复合材料,这些无机/有机复合材料与生物体内经过生物矿化作用所形成的生物矿物颇为相似,具有独特的微观结构形态和一定的取向,这些结果对于具有生物相容性和优异性能的碳酸钙功能的合成具有一守的指导意义。     

活性聚苯乙烯膜诱导碳酸钙异相成核结晶

0引言生物矿物材料(如骨、牙齿、贝壳等)的优异性能[1]使得无机材料的仿生合成(又称有机模板合成)成为近年来研究的热点之一[2]。该合成技术的优点是,通过有机物分子与无机离子的相互作用,能够在温和的条件下合成出具有多级结构、特殊形貌和优异性能的有机/无机复合材料。CaCO3     

二氧化硅的仿生矿化

自然界的进化赋予某些生物体在生理条件下制备复杂结构生物矿物的能力。它们复杂而多尺度有序的结构、特殊的功能以及物种特异的遗传控制特征远非当前的人工合成技术所能实现,因此,师法自然,仿生矿化成为先进材料制备的重要手段之一。研究发现,生物体中的有机基质在生物矿物的形成过程中起着至关重要的作用,例如从含有生物二氧化硅的硅藻、海绵骨针中分离得到的silaffins、长链聚胺,从海绵中提取的silicateins等,这些生物分子通过操纵有机-无机界面作用,从分子水平上控制无机矿物的成核与生长,从而使生物矿物具有特殊的分级结构和组装方式。人们设计或选用具有相似结构或功能的有机分子,模拟生物矿化过程,仿生制备了不同形态、结构和功能的二氧化硅纳米材料。本文以有机-无机界面作用为核心,以认识自然、学习自然、矿物合成及构型调控为主线,从生物二氧化硅的形成机制、仿生矿化的研究进展、应用概况进行了评述,指出了当前研究存在的问题及相应的解决思路,并对仿生矿化的前景进行了展望。     

石质文物表面生物矿化保护材料的仿生制备

许多濒危石质文物急需进行保护处理. 但是, 调查表明已经使用过的表面防护材料很难令人满意, 探索新的石质文物保护材料已是当务之急. 本工作以石质文物表面天然生成的生物矿化膜为仿生合成目标, 依据生物矿化的原理, 以硫酸软骨素作为有机模板, 草酸钙的亚稳过饱和溶液作为无机前驱物, 室温下在石材表面仿生合成了主要成分为一水草酸钙的无机表面保护材料. 其制备工艺用正交试验进行了优化; 结构和形貌用X射线衍射分析仪和原子力显微镜进行了表征; 通过憎水性、耐污性和耐酸性试验进行了合成膜的保护性能测试, 效果良好. 本方法为开拓新的石质文物保护材料提供了思路.     

选择性传输的仿生水通道的研究进展

水通道蛋白是对水分子具有高选择性和渗透性的跨膜蛋白。仿生水通道是由各种无机或有机材料,如碳纳米材料、有机化合物以及肽等分别自组装而成,旨在模仿天然水通道蛋白的结构和功能。本文介绍了水通道蛋白的种类、结构及其特异性透水机理,在此基础上分别对以碳纳米材料、有机及肽孔的仿生水通道的研究进展进行了综述。重点阐述了三类仿生水通道的材料特性及其对仿生水通道结构和功能的影响。最后针对现有仿生水通道的不足,提出了开发新型仿生水通道面临的挑战,并展望了仿生水通道的发展前景。     

有机神经形态机器视觉器件及系统

随着有机半导体材料及其器件的快速发展,有机电子学在可穿戴设备、人工智能等发面取得快速发展.有机半导体材料具有成本低、生物相容性好、光谱响应可调、柔性度好等优势,在光电器件等新兴智能感知领域显示出巨大的商业应用潜力,同时也是制造柔性仿生视觉传感器不可或缺的组成部分.本文从有机光电材料分类及用于视觉仿生感知的光电器件层面重点介绍了近年来人工神经形态视觉智能传感系统的研究进展,包括应用较多的视觉触觉多感集成系统.最后阐述了发展有机仿生视觉系统的重要意义与现存挑战以及展望,为将来有机视觉感知应用及多感集成提供可行的研究方向.     

光致发光稀土配合物杂化材料的研究进展

光致发光的稀土配合物杂化材料既拥有稀土配合物优良的荧光性质,又具有有机、无机材料的优点,是一类新型的发光材料。根据材料基质可将其分为有机基质及无机基质的杂化材料,分别评述了上述两类光致发光稀土配合物杂化材料的研究进展,着重阐述了近年来有机基质的键合型光致发光稀土配合物杂化材料的制备方法,并提出未来展望。     

仿生催化在有机中间体绿色合成中的应用

首先简要地介绍仿生催化,特别是金属卟啉类仿生催化的最新研究进展和发展方向以及仿生催化技术在精细有机中间体合成中的应用。重点介绍本课题组在金属卟啉仿生催化各种烃类绿色合成有机中间体方面所提炼的关键科学问题、解决思路以及在如何提高有机中间体合成主产物选择性方面的主要研究结果。具体包括本课题组近年来在金属卟啉仿生催化氧气液相选择氧化甲基芳烃(邻、对硝基甲苯,邻、对羟基甲苯)的甲基或烷基取代芳烃的侧链α-H绿色合成各种芳醛(邻、对硝基苯甲醛,邻、对羟基苯甲醛)、芳酮及芳酸(邻、对硝基苯甲酸)等方面取得的成果和专利技术。尤其通过实例说明了本课题组在如何通过调变金属卟啉仿生催化剂的结构,并辅以合适的反应条件,实现对甲基取代芳烃选择氧化合成取代芳酮主产物选择性精确调控的效果。通过精确调控和不断提高主产物的选择性,是实现资源的高效利用、减少三废的排放和分离、提纯过程中的能耗的重要手段。用于有机中间体的绿色合成可以在精细化工行业更好地促进节能减排,不断满足国家提倡和强化低碳经济的需求和要求。此外,通过与全国的精细化工中间体和产品合成的同行和企业进行学术交流与合作。例如,一方面期望为绿色高新精细化工行业提供一些可以在未来实现工业化的仿生催化新技术;另一方面也根据企业的要求,有针对性地研究、开发一些能真正用于我国精细化工清洁生产的新工艺和技术,推动我国绿色化工和清洁生产技术的快速发展。