基于墨魚骨生物功能材料的制備及潛在應(yīng)用.pdf

1、本文首先表征了墨魚骨的分級(jí)結(jié)構(gòu)和力學(xué)性質(zhì),并探討其結(jié)構(gòu)與生物功能之間的適應(yīng)關(guān)系；然后利用墨魚骨的有機(jī)質(zhì)部分(去礦化處理后得到的有機(jī)膜)作載體吸附金納米顆粒(Goldnanoparticles,GNPs)制備了金-有機(jī)復(fù)合膜生物傳感器,并將其應(yīng)用于過(guò)氧化氫和葡萄糖濃度的檢測(cè)；最后利用墨魚骨的無(wú)機(jī)質(zhì)部分,將其水熱處理轉(zhuǎn)化為羥基磷灰石(Hydroxyapatite,HA),用掃描電子顯微鏡(SEM)、傅立葉紅外光譜(FTIR)、X射線衍射(X

2、RD)對(duì)改性前后樣品進(jìn)行形貌觀察與定性表征,結(jié)果表明水熱轉(zhuǎn)化后的HA不僅保持了墨魚骨的天然多孔結(jié)構(gòu),還組裝了新的微結(jié)構(gòu),具有一定的潛在應(yīng)用前景。 具體工作內(nèi)容如下： 1.墨魚骨天然結(jié)構(gòu)的表征和生物功能分析：采用SEM和光學(xué)顯微鏡對(duì)天然墨魚骨的微結(jié)構(gòu)進(jìn)行了系統(tǒng)性表征,結(jié)果表明墨魚骨是由脊背部分和多孔層狀結(jié)構(gòu)部分組成：脊背部分是非多孔結(jié)構(gòu),層狀部分是一種三維房架式結(jié)構(gòu)。為了獲得墨魚骨的多孔率,根據(jù)阿基米德基本原理推導(dǎo)出計(jì)算墨

3、魚骨多孔率的公式,該方法同時(shí)可以應(yīng)用于其他類似的多孔材料的計(jì)算。對(duì)墨魚骨去礦化處理后的有機(jī)部分的結(jié)構(gòu)和形態(tài)特性進(jìn)行表征,并探討了墨魚骨有機(jī)成分和無(wú)機(jī)成分之間的密切聯(lián)系。測(cè)量了墨魚骨的抗壓縮強(qiáng)度與彎曲強(qiáng)度,計(jì)算和探討墨魚骨結(jié)構(gòu)與墨魚骨力學(xué)性質(zhì)之間的適應(yīng)關(guān)系。結(jié)果表明,墨魚骨脊背部分的結(jié)構(gòu)有助于增加其硬度和抗彎折能力,房架部分的結(jié)構(gòu)則可使其以最小的重量有效地抵抗外來(lái)靜壓力,并方便地控制海水進(jìn)出,從而改變墨魚身體的密度。 2.基于墨魚

4、骨衍生的有機(jī)質(zhì)(有機(jī)部分)的生物傳感器的制備與檢測(cè)應(yīng)用：將墨魚骨多孔層狀結(jié)構(gòu)部分去礦化處理后得到墨魚骨有機(jī)膜(主要成分是幾丁質(zhì),Chitin),SEM表征表明該有機(jī)膜保留了墨魚骨的多孔結(jié)構(gòu)；利用有機(jī)膜很強(qiáng)的吸附性能,將其作為載體來(lái)吸附GNPs制備了金-有機(jī)復(fù)合膜傳感器,利用復(fù)合膜上GNPs的等離激元共振峰(localized surface plasmonresonance,LSPR)和H2O2介導(dǎo)的GNPs的長(zhǎng)大過(guò)程,建立吸收峰強(qiáng)度和

5、H2O2濃度之間一一對(duì)應(yīng)的關(guān)系,從而用于生物傳感。結(jié)果表明：由于墨魚骨有機(jī)膜的比表面積大,吸附能力強(qiáng),可以吸附大量的GNPs,因此可以有效地放大光學(xué)信號(hào)強(qiáng)度,從而使得該傳感器的靈敏度比其他基于GNPs的相關(guān)傳感器高。本文制備的生物傳感器對(duì)H2O2的最低檢測(cè)濃度可以達(dá)到2.0×10-6M,并在此基礎(chǔ)上將該傳感器應(yīng)用于葡萄糖檢測(cè),葡萄糖的最低檢測(cè)濃度可以達(dá)到5.0×10-6M。此外,隨著GNPs粒徑的逐漸長(zhǎng)大,反應(yīng)以后肉眼可以觀察金-有機(jī)膜

6、的顏色逐漸加深,因此該傳感器有望用于可視化分析。 3.墨魚骨文石型碳酸鈣(無(wú)機(jī)部分)水熱改性制備羥基磷灰石及潛在應(yīng)用：由于墨魚骨是天然的多孔材料,孔徑大小為幾十至上百微米,有望作為組織工程骨。作者將天然墨魚骨材料經(jīng)水熱反應(yīng)轉(zhuǎn)化為HA,用FTIR、XRD對(duì)水熱轉(zhuǎn)化前后的材料做定性表征證實(shí)轉(zhuǎn)化后的產(chǎn)物是HA。利用SEM對(duì)改性前后樣品進(jìn)行形貌觀察,結(jié)果發(fā)現(xiàn)墨魚骨水熱轉(zhuǎn)化后HA不僅保留了墨魚骨的天然多孔結(jié)構(gòu),并且在大孔房架結(jié)構(gòu)上自組裝了