DNA誘導二氧化硅生物礦化-從轉錄(transcription)到液晶結構自組裝.pdf

1、生物礦化材料具有有機-無機復合的組成,精密調控的結構,因而具有常規(guī)材料所不可比擬的優(yōu)點。模擬生物礦化合成的材料在化學工業(yè)、生物醫(yī)藥、環(huán)境保護、功能材料等領域展現(xiàn)出巨大的應用潛力。DNA是一個半剛性的右手雙螺旋分子,能與陽離子相互作用形成多種液晶結構。研究DNA誘導的生物礦化,一方面能夠復制DNA的螺旋外形并印跡其基團分布,具有材料學上的意義；另一方面對于研究DNA的性質如液晶結構等也具有重要意義。但是,為了維持DNA的雙螺旋構象,溶液的

2、pH需維持在4.3到11.9之間,此時常用作無機分子印跡的二氧化硅物種在溶液中帶負電,無法與DNA多陰離子直接相互作用,需要一個中間物作為橋聯(lián)。Che等人首次在介孔材料的合成體系中引入助結構導向劑(CSDA)的概念,并使用陰離子表面活性劑作為模板劑合成出了一系列不同結構的介孔材料AMS-n。本論文的工作基于助結構導向法,合成了不同的DNA誘導二氧化硅生物礦化材料,并研究其結構控制及形成機理。CSDA帶正電的頭部基團與DNA骨架帶負電的磷

3、酸基團相互作用,尾部的硅烷部分與其它硅源縮聚,在DNA誘導二氧化硅生物礦化過程中起到了橋聯(lián)作用,同時,CSDA與DNA之間的相互作用是礦化產(chǎn)物結構控制的關鍵。二氧化硅的沉積在溫和的條件(pH近中性、室溫)下快速進行,類似于自然界中的生物礦化。在第一章中,詳細的闡述本文的工作背景,綜述了以下幾部分的內容：1)二氧化硅生物礦化的研究現(xiàn)狀；2)生物礦化材料的模擬合成；3)DNA分子的相關特性；4)DNA誘導生物礦化的研究現(xiàn)狀。在第二章中,本文

4、以DNA為模板轉錄合成了不同內部結構的二氧化硅介孔纖維。主要考察了溶液酸堿度對二氧化硅介孔纖維內部結構的影響。隨著DNA溶液的pH由5.5、6.5變到11.5,磷酸根離子化程度不同導致模板DNA的聚集狀態(tài)改變,轉錄產(chǎn)物也由帶有平行孔道的二氧化硅介孔纖維、介孔管,變?yōu)閹в袉胃椎阑蛳嗷ダp繞的多根孔道的二氧化硅介孔纖維。萃取后可以得到功能化的二氧化硅介孔纖維,誘導CD信號說明可能存在基團手性印跡。在第三章中,本文使用一種季胺鹽陽離子硅烷作為

5、DNA縮合劑和助結構導向劑,得到了p4mm和p6mm兩種結構的DNA-二氧化硅有序組裝體。組裝體的結構可以通過合成體系中DNA的濃度調變。依據(jù)Kornyshev和Leikin關于螺旋型分子緊密作用的理論,在DNA-DNA分子間距離較小的情況下(25 ？),相鄰DNA分子發(fā)生方向錯位,正負電荷形成“拉鏈”。加上對角線方向上的二氧化硅壁阻隔和較大的DNA-DNA分子間距離,導致通常不穩(wěn)定的p4mm成為穩(wěn)定的堆積。而p6mm堆積則是因為二氧化