基于微生物诱导微纳结构单元组装制备功能纳米复合材料的研究-生物材料专业论文.docx

研究生优秀毕业论文 中国科学技术大学学位论文原创性声明本人声明所呈交的学位论文，是本人在导师指导下进行研究工作所取得的 中国科学技术大学学位论文原创性声明 本人声明所呈交的学位论文，是本人在导师指导下进行研究工作所取得的 成果。除己特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含任何他人已经发表或 撰写过的研究成果。与我一同工作的同志对本研究所做的贡献均已在论文中作 了明确的说明。 作者签名： 签字日期：銎堕!笸!! 中国科学技术大学学位论文授权使用声明 作为申请学位的条件之一，学位论文著作权拥有者授权中国科学技术大学 拥有学位论文的部分使用权，即：学校有权按有关规定向国家有关部门或机构 送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅，可以将学位论文编入《中 国学位论文全文数据库》等有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描 等复制手段保存、汇编学位论文。本人提交的电子文档的内容和纸质论文的内 容相一致。 必威体育官网网址的学位论文在解密后也遵守此规定。 必开 口必威体育官网网址L年) 作者签名： 导师签名： 签字日期： 签字日期：独篷：鱼1 2 万方数据 摘要摘要 摘要 摘要 由于纳米技术的快速发展以及纳米材料合成技术的日趋成熟，采用各种化 学或物理方法可制备多种高质量不同维度的纳米材料及其复合物。将这些纳米 材料作为微纳结构单元组装成具有等级结构的宏观尺度材料是提高纳米材料实 际应用能力的有效途径。近年来，己发展了多种组装策略，但存在设备要求高、 反应条件苛刻、易造成二次污染和成本高等缺点，且现有大多数组装方法只针 对特定的纳米单元进行组装，使得材料结构和功能相对单一，且不易规模化， 限制其实际应用。基于此，研究者期望发展通用、高效、低成本、环境友好及 易规模化组装纳米单元的技术来制备具有一定结构功能的宏观尺度纳米复合材 料，从而解决纳米材料在实际应用中的问题。 受自然界启发，将微生物技术应用于纳米材料合成及组装正成为研究热点 之一，与物理和化学方法相比，该方法具有环境友好、成本低、条件温和、高 效和多层次跨尺度加工等优点。本论文着重探讨基于微生物诱导多种不同维度 微纳单元组装以制备宏观尺度纳米复合材料及其性能研究。首先，通过对纳米 材料与微生物组装进行分析，寻找合适的微生物和人工微纳结构组装单元：然 后，将微生物菌种接种到分散有微纳结构单元的营养液中，在适宜温度下旋转 振荡培养，利用微生物细胞生长及生理代谢作用，诱导营养液中微纳单元或离 子组装成为具有特定结构功能的宏观尺度生物纳米复合材料，并研究这些材料 在废水处理、药物缓释、催化、重金属离子吸附、磁性驱动和细胞毒性等方面 的性能。所提出的微生物诱导组装技术具有普适性，能够实现不同维度微纳单 元的组装，具有简单、通用、低成本、环境友好及易规模化等特点。本研究拓 展了微纳单元生物组装技术的研究范围，对于解决纳米材料的实际应用具有重 要的参考价值。所取得的主要研究结果总结如下： 1．发展了一种通用、环境友好、易规模化的真菌菌丝生长方法原位组装零 维、一维、二维的纳米颗粒，成功制备了宏观尺度菌丝纳米复合球。研究表明， 菌丝主要通过表面电荷、官能团和表面分泌物的粘附力与微纳单元相互作用以 实现诱导组装。真菌菌丝体细胞不断外延生长，在水流剪切力作用下缠绕形成 菌丝纳米复合球。不同大小、不同性能的复合球可通过调控纳米结构单元的添 加量及培养时间而得到。该菌丝纳米复合球具有生物相容性好、机械强度高、 且菌丝和纳米单元结合稳定的优点。该材料在磁响应、光热治疗、污染物吸附 和药物缓释等方面表现出良好的性能。 2．利用真菌菌丝生长组装微纳单元并通过调控纳米单元组装次序的途 径，发展了一种制备有序核壳结构的多功能菌丝纳米复合球的通用方法。该方 万方数据 摘要法可同时组装多种纳米颗粒，且成本低、环境友好、易规模化制备。根据该方 摘要 法可同时组装多种纳米颗粒，且成本低、环境友好、易规模化制备。根据该方 法，我们制备出两层和三层核壳结构的多功能菌丝纳米复合球，如菌丝／氧化石 墨烯／四氧化三铁、菌丝／四氧化三铁／氧化石墨烯、菌丝／氧化石墨烯／纳米金／碳 纳米管、菌丝／碳纳米管／纳米金／氧化石墨烯等。通过颜色分布和SEM分析，表 明在不同培养时间添加的纳米颗粒都能均匀附着在菌丝表面，且在菌丝球空间 分布相对有序。该复合菌丝球兼容各种纳米颗粒的性能而形成多功能体系，且 方便回收再利用，在水处理、催化、光热效应等方面具有良好性能。 3．发展了一种利用微生物分泌细菌纤维素诱导氧化石墨烯纳米片组装构 筑生物纳米复合球材料的方法。研究表明，氧化石墨烯和细菌纤维素通过氢键 作用进行了有效的键合，在水流剪切力作用下缠绕形成稳定的球形结构；氧化 石墨烯纳米片与细菌纤维素相互连接，并均匀分布其网状结构中；该材料无毒、 环境友好、具有良好的生物相