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聚合物表面多層次結構的構建

批準號20974024 學科分類結構與功能仿生材料化學 ( B050503 )
項目負責人邵正中 負責人職稱教授 依托單位復旦大學
資助金額42.00
萬元
項目類別面上項目 研究期限2010 年 01 月 01 日 至
2012 年 12 月 31 日
中文主題詞等級結構;有序性;結構性生物高分子;可濕性;仿生
英文主題詞hierarchy;regularity;structural biomacromolecule;wettability;bioinspiring

摘要

中文摘要 物體表面結構的粗糙程度與其可濕性密切相關。通過對聚合物(纖維織物)表面多等級結構的有序構建,有可能得到一類具有特定功能如超雙疏性(疏水/疏油)、選擇性生物相容和抗生物污損等特殊聚合物表面并得以實際應用。在前期工作的研究基礎上,我們希望從仿生的角度,采用特征化學反應、高分子自組裝和誘導礦化等方法制備出各種性狀和等級的規整有機/無機粒子,以物理、化學和生物等手段,將所制備的粒子與合成和天然高分子(纖維)之間進行作用,以在其表面構筑相應的多層次等級結構,進而得到對液體具有特殊可濕性的表面(超疏水、超雙疏和環境/條件響應的親疏水性等),并探索致使聚合物表面濕潤性變化的機理。在提高多層次結構的機械牢固性能的同時,拓寬所使用的聚合物(纖維)和等級結構的種類。以此為出發點,研究這些具有特殊可濕性表面的材料在抗生物污損、防水材料、液體分離乃至生物醫藥等領域中的潛在應用。
英文摘要
結題摘要 發現殼聚糖能在磷酸根離子存在下充當模板作用而調控所形成硅石的組裝過程,使其形貌由球狀向板狀乃至最后的楊桃狀轉變。另一種天然多糖的衍生物海藻酸鈉,則能夠通過緩慢持續的釋放來調控碳酸鈣晶體的成核和顆粒聚集體的形貌,進而得到類珍珠質的層狀結構。考察以殼聚糖和絲素蛋白分別作為不溶性基質和可溶性添加物時碳酸鈣晶體的生長過程,了解了圓盤狀文石在殼聚糖膜表面成核生長是由于絲素蛋白的親水區通過靜電作用與無定形碳酸鈣小顆粒之間的組裝作用。由此,采用與貝殼中類絲素蛋白在氨基酸組成和聚集態結構類似的桑蠶絲素蛋白,在生物體外通過調控碳酸鈣的礦化,發現其在體系中具有完全的文石選擇性;模擬計算證實文石(010)面的離子間距與絲素蛋白的β-折疊能夠很好匹配。由此揭示出生物大分子的二級結構及其組裝體的聚集態結構對碳酸鈣等無機顆粒晶型及其聚集體形貌的控制作用,并為高性能有機/無機雜化體及其具有特殊潤濕性表面的仿生制備提供了依據。 同時,我們發現結構明確的聚(谷氨酸-丙氨酸)兩親性嵌段多肽能夠在溶液的表面同時起到不溶性基質和可溶性添加劑的雙重作用。在此基礎上,我們嘗試以單分散的聚谷氨酸在平滑玻璃板表面原位生成了具有兩級微米-納米粗糙結構的碳酸鈣晶體層,其所構成的表面經化學處理后具有特殊的且可調控轉換的超疏水性能,由此證明采用生物礦化的方法不僅能夠在光滑的表面形成多層次的結構,并有可能在無損耗液體傳輸及自清潔表面等方面得以應用。 實現了再生絲素蛋白和殼聚糖有效的混合并制備出具備了較好的力學性能且孔徑大小可控的共混支架材料,其不僅比純的再生絲素蛋白材料具有更強的吸水能力,而且在生物學實驗中表現出了更好的豬軟骨細胞粘附性,體現出上佳的生物活性。同時,采用絲素蛋白固定的方法對聚丙烯和聚酯等材料表面的生物相容性進行了改進,通過在其表面進行大鼠間骨髓間充質干細胞(MSCs)培養的實驗,表明在等離子體處理材料表面后直接浸涂絲素蛋白能很好地促進MSCs的生長。 項目執行期間,共發表SCI論文16篇;申請國家發明專利1項。

成果

序號 標題 類型 作者
1 Amphiphilic polypeptides as a bifunctional template in the mineralization of calcium carbonate at the air/water interface 期刊 Heng Cao|Guoqiang Lin|Jinrong Yao|Zhengzhong Shao|
2 Biomacromolecule-based Nanoparticle Drug Carriers 期刊 Chen Mengjie|Yao Jinrong|Shao Zhengzhong|Chen Xin|
3 Understanding the Mechanical Properties of Antheraea Pernyi Silk-From Primary Structure to Condensed Structure of the Protein 期刊 Fu, Chengjie|Porter, David|Chen, Xin|Vollrath, Fritz|Shao, Zhengzhong|
4 Control over Different Crystallization Stages of CaCO3-Mediated by Silk Fibroin 期刊 Wang, Ting|Che, Renchao|Li, Wentao|Mi, Ruixin|Shao, Zhengzhong|
5 Fabrication of superhydrophobic surfaces via CaCO3 mineralization mediated by poly (glutamic acid) 期刊 Heng Cao|Jinrong Yao|Zhengzhong Shao|

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