云母晶面上准外延生长的胶原蛋白纳米线阵列的性质研究 - 分析化学.pdf

第45卷 分析化学 (FENXI HUAXUE)摇 研究报告 第4期 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 2017年4月 ChineseJournal of Analytical Chemistry 465~470 藡蕥蕥蕥蕥蕥蕥蕥蕥藡蕥蕥 DOI:10.11895/j.issn.0253鄄3820.160803 研 究报 告 藡蕥蕥蕥蕥蕥蕥蕥蕥 藡 云母晶面上准外延生长的胶原蛋白纳米线阵列的性质研究 * * 杨德良摇 曾凡喜摇 孙 铭 摇 顾文华摇 李 力 (南京理工大学电子工程与光电技术学院,南京210094) 摘摇 要摇 胶原蛋白纤维与同样具有周期性结构表面的羟磷灰石等矿物质晶体能够通过多种作用在介观尺度 上相互识别,从而有效地进行规范骨骼、牙齿等器官生长的生物矿化。 在本研究中,反相利用生物矿化原理, 开发出一种与热壁外延生长(Hot wall epitaxy)技术效果相似的生物大分子纳米线阵列的简单制备技术,成功 地将5~10 滋g/ mL 的天然I型鼠尾胶原蛋白单体溶液在云母晶体的(001)晶面上培育成取向单一且长程有序 的胶原蛋白纳米线阵列。 原子力显微镜实验结果表明,纳米线阵列随胶原蛋白单体浓度增大而变得致密,但 是单条纳米线的宽度与高度较为稳定,分别约为60.0 和1.5 nm。 有纳米线覆盖的云母晶面亲水性好,晶面 接触角由25.8毅降为9.5毅。 基于电子背面散射衍射和透射电子显微镜的分析表征结果,纳米线的取向应沿云 母[110]方向,更详实地验证了胶原蛋白纳米线的准外延生长机理。 关键词摇 胶原蛋白;外延生长;生物矿化;纳米线;电子衍射 1摇 引摇 言 外延生长(Epitaxial growth)常指一种矿物质晶体在另一种矿物质晶体表面生长,因而在界面上两 种矿物质具有相同晶体结构取向的现象[1~5]。 半个多世纪以来,利用外延生长原理在晶体基质表面控 制和研究镀膜分子的膜层结构以及生长动力学已成为热门研究领域,并取得了诸多成果[1~13]。 二十世 [6] 纪中后期多种商品化无机发光二极管便是利用液相外延生长技术制备的 。 近二十年来,结合有机化 学中的尺寸与功能可调的分子合成技术,以及各种微观晶体结构的基质选择,在超高真空背景下利用 分子束沉积技术在基质表面控制分子膜层晶体的生长,为获得功能可预测的新型微纳光电材料与器件 提供了多种可能性[7~9]。 例如,通过热壁外延生长(Hot wall epitaxy)技术将对六联苯(p鄄Sexiphenyl)等 高量子效率的蓝光小分子材料在云母、ITO等基质表面生成有序的纳米线阵列薄膜[10~13] , 由于长程有 序,表现出很强的光学各向异性。 该薄膜还能产生光学增益,获得随机激光,可用于制备有偏振特性的 电致发光器件[12,13]。 外延生长在生物化学领域并不多见。 但在自然界中,有规则重复结构的胶原蛋白纤维能够在介观 尺度上与矿物晶体相互识别,从而给生物矿化提供支架,有效地调控矿物晶体生长的启动与阻断,在尺 寸与取向方面规范骨骼、牙齿等器官的生长[14,15]。 另一方面,反相利用矿物晶体与生物大分子的识别 作用,在缓冲溶液中控制无机晶体表面的生物大分子自组装也同样具有可行性[16~19]。 这种生物大分子 在基质表面的外延生长对深入研究生物大分子功能,合成新型微纳材料,以及制备特异高效的生物探针 都具有重要意义[20~22]。 本研究以天然I型鼠尾胶原蛋白单体和云母晶体为原料,开发了一种生物大分子在电荷周期性分 布的晶体表面通过液相外延生长来合成纳米线阵列的“反相生物矿化冶技术。 此技术应用方便,无需定 [16] [17~19] 向流动的缓冲液培养 或复杂缓冲液的配制