仿生礦化制備氧化鎂-氫氧化鎂材料的研究.pdf

1、自然界中有許多生物可在體內或體外通過礦化作用合成無機材料，這些生物合成的材料通常具有精細的多層級結構，同時具有各種優(yōu)異性能。這些生物通常可在體內合成特定的有機物，有機大分子通過有序自組裝成特異的模板進一步指導無機礦物的形成和結構，從而得到多層級結構復雜的生物礦化材料。因此，天然礦物結構的形成過程也值得廣大科學家們學習。近年來，仿生物過程合成（bio-process inspired synthesis）作為一種綠色環(huán)保的制備方法為人工合

2、成制備具有特異功能的晶體材料和生物智能材料提供了新的視野，該合成過程消耗能量少，其結晶過程是典型的自組裝過程。
　　然而，在大多數(shù)的情況下，單個或多個有機質并不能代替作為生物礦物的生長和形成搖籃的生物有機整體。生物系統(tǒng)的復雜性和獨創(chuàng)性仍遠遠超前于化學家所能設計達到的環(huán)境。因此，我們提出直接以自然生物活體作為平臺，常溫下合成無機材料。前人工作主要集中于無機材料的體外合成，很少有研究報道關注于用生物活體合成那些我們所需的材料。該工作預

3、示著仿生合成從體外到體內的開始。
　　氧化鎂（MgO）及氫氧化鎂（Mg(OH)2）以其獨特的表面性質，在污染物的消除以及催化等領域具有廣泛的應用，因而，具有新穎形貌的氧化鎂（MgO）及氫氧化鎂（Mg(OH)2）材料的可控制備激發(fā)了科研人員越來越多的興趣。
　　本實驗方法中，我們將氧化鎂納米粉體制成圓片作為珍珠珠核插入到褶紋冠蚌的外套膜和殼體之間，觀察其微觀結構和性能的變化。我們得到以下重要結論：
　　1．在礦化過程中，

4、生命系統(tǒng)通過細胞或蛋白的精細調控，成功地將接近外套膜的氧化鎂納米顆粒轉變成網(wǎng)絡狀的Mg(OH)2薄片。我們捕捉到體內MgO-Mg(OH)2的礦化過程是一個極其精細的過程。而在體外的Mg(OH)2的化學合成實驗中，一般難以清楚的捕捉到這些細致的生長過程。氧化鎂納米顆粒在貝殼體內的結構演變?yōu)樯锏V化機理的探究帶來了本質的啟發(fā)。
　　2．遠離外套膜液區(qū)域的氧化鎂納米粉體在有機質的調控下發(fā)生定向排列。該生長過程符合非經(jīng)典晶體結晶理論，為典

5、型的介觀晶體生長過程。體內蛋白與MgO晶體存在著幾何匹配，以2nm為匹配單元，在蛋白的調控下逐漸組裝，在方向上形成一致性，最終形成一個完整的晶體。該現(xiàn)象的捕捉為生物礦化中的“幾何匹配”這一概念提供了有力的直接證據(jù)。
　　3、經(jīng)過貝殼體內生物礦化后所得粉體材料具有增強的吸附性能，后續(xù)的熱處理過程可進一步提高所得粉體材料的吸附特性。這是由于在熱處理過程中，吸附在顆粒表面的蛋白分解，增加了顆粒與剛果紅分子作用的界面，從而提高了顆粒的吸附

6、性能。另一方面，有機質的分解，導致顆粒之間產生大量的介孔，高的孔隙率將提高粉體的比表面積，有利于粉體對有機分子的吸附。
　　4、為進一步論證氧化鎂納米粉體在貝殼體內的礦化過程。我們設計了一系列體外礦化模擬實驗，通過體外礦化模擬實驗，我們觀察到了體內礦化過程中片狀組裝的網(wǎng)格狀氫氧化鎂晶體的生長過程。實驗結果表明生物活體蛋白-外套膜液蛋白可在體外礦化試驗中調控氧化鎂向氫氧化鎂晶體的生長。
　　本研究工作所得的結果擴展了目前材料制