1、生物材料的仿生制備是近年來材料學、化學、生物醫(yī)學等重要領域的研究熱點之一。在自然界中，通過精巧的有序結(jié)構設計，生命體可以將有機分子和無機礦物復合形成具有特殊力學或光學性能的功能材料。值得注意的是，在生物材料形成中，有機基質(zhì)和無機礦物兩相緊密結(jié)合并有序排列，而這種結(jié)構的有序性賦予了生物材料超乎尋常的性能。在人工合成仿生復合材料中，通過有機-無機自組裝形式從下至上的合成途徑被認為是最為接近生命體的合成路線，也是最有效率的合成路徑之一。然而，

2、自組裝的方法需要有機分子之間，以及有機-無機相之間能夠在分子及微納尺度上緊密結(jié)合并排列組裝。但是，如何在如此小尺度上引入有序的有機相和無機相的分布是目前難以逾越的挑戰(zhàn)。在本工作中，我們仔細分析了生物材料形成中有機分子和無機相之間有序性排列需要的條件，并以此仿生設計了含有兩親分子和模型蛋白質(zhì)的一個簡單體系，在磷酸鈣的過飽和溶液中實現(xiàn)了在納米尺度上有序排列的有機-無機復合材料的制備，并且該材料具有類骨的力學特征。我們還研究了溶液組分對所形成

3、的有機-無機復合材料的形貌和結(jié)構的影響，并進一步獲得了由相同手性所構成的納米螺旋材料聚集體。結(jié)合自然界中手性礦物材料的演變過程，我們利用有機分子手性和彈性自由能的關系，從物理化學的角度理解了手性材料的原因和手性繁殖擴增的過程。全文共分五章，每章內(nèi)容介紹如下:
　　 第一章作為緒論簡要地介紹了生物材料的典型特征。著重論述了生物材料中“組成-結(jié)構-功能”間的緊密聯(lián)系并介紹了生物材料中的生物礦物沉積結(jié)晶的基本知識及最新的研究進展。隨后

4、綜述了有機基質(zhì)在生物材料的形成過程中的作用，特別是框架大分子和結(jié)晶調(diào)控分子的功能。接著通過仿生合成研究中的有機物和無機物如何能夠進行有序復合的討論提出了我們的仿生模型體系。
　　 第二章中我們設計了簡單而又有效的仿生體系，通過兩親分子琥珀辛酯磺酸鈉(Bis(2-ethylhexyl) sulfosuccinate，AOT)，牛血清蛋白（Bovine serum albumin，BSA)和無機磷酸鈣（Calcium phospha

5、te，CaP）的相互協(xié)同作用在溶液中自發(fā)形成了具有菱形晶體結(jié)構特征的有機-無機復合體。這種復合體在納米層次上具有有機相-無機相層層交疊的結(jié)構，其模量和硬度十分接近于人體骨骼，是一種具有彈性特征的磷酸鈣基類骨材料。
　　 第三章我們研究了反應溶液中不同組分，包括AOT、BSA和鈣磷離子濃度對所形成的有機-無機復合片的形貌的影響。改變AOT、BSA和鈣磷離子濃度對復合片的長徑比有較大的影響，但依然保持有機相-無機相層層交疊的精細結(jié)構

6、。增加AOT的濃度使得復合片的長徑比減小，而增加BSA和鈣磷離子濃度的趨勢與AOT則相反。
　　 第四章中我們研究了這種類骨的有機-無機復合片的形成機理，認為它們是有機相-無機相共同復合生長而形成的介晶。從復合介晶表面臺階結(jié)構特征可知該復合晶體是通過類似于傳統(tǒng)的晶體臺階生長的機制所得到的。由兩個AOT雙分子層與兩個磷酸鈣層組成的復合臺階通過臺階生長巧妙地將有機物AOT和無機相磷酸鈣有序地安置在周期性結(jié)構中。BSA則可能通過各向異

7、性的吸附作用來調(diào)節(jié)復合片的形貌。
　　 第五章中我們通過降低了反應體系中AOT的濃度并成功合成了手性的有機-無機復合納米螺旋，該復合納米螺旋和前面所提的“類骨”晶體一樣具有有機-無機復合交替結(jié)構。其中一個十分特別的現(xiàn)象是，具有相同手性特征的復合螺旋可以組成一個較大的同手性聚集體。我們發(fā)現(xiàn)且這種同手性聚集體是通過一個初始的螺旋作為“母體”不斷地自我復制擴增而來，并提出了一個基于AOT手性和彈性自由能的關系式來解釋這一個手性擴增的行