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Science:蘭州大學(xué)科研人員與多所機構(gòu)學(xué)者合作完成手性納米復(fù)合結(jié)構(gòu)的組裝機制研究

來源:蘭州大學(xué)      2020-04-16
導(dǎo)讀:自然界中的有機-無機粒子依靠自身或者外界的少量能量,通過自驅(qū)動組裝的形式構(gòu)成了許多獨特的材料和物質(zhì),如人體組織中最堅硬的牙釉質(zhì),具有復(fù)雜形態(tài)的顆石藻的鈣化層。這類有序的納米級結(jié)構(gòu)常表現(xiàn)出尖刺、網(wǎng)狀、扭曲和分形多種形態(tài),并構(gòu)成了軟質(zhì)組織中的超強物理性能結(jié)構(gòu),然而這類迷人的分層組織粒子是如何構(gòu)建的呢?

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自然界中的有機-無機粒子依靠自身或者外界的少量能量,通過自驅(qū)動組裝的形式構(gòu)成了許多獨特的材料和物質(zhì),如人體組織中最堅硬的牙釉質(zhì),具有復(fù)雜形態(tài)的顆石藻的鈣化層。這類有序的納米級結(jié)構(gòu)常表現(xiàn)出尖刺、網(wǎng)狀、扭曲和分形多種形態(tài),并構(gòu)成了軟質(zhì)組織中的超強物理性能結(jié)構(gòu),然而這類迷人的分層組織粒子是如何構(gòu)建的呢?

蘭州大學(xué)口腔醫(yī)學(xué)院副教授馬宇博士與美國密西根大學(xué)、上海交通大學(xué)和巴西圣卡洛斯聯(lián)邦大學(xué)等多家單位科研人員合作,在基于金-半胱氨酸的有機-無機體系,以自組裝方法制備了多級復(fù)雜結(jié)構(gòu)并具有強烈手性發(fā)光的手性粒子。通過多種計算機模擬手段揭示了這種多層次手性結(jié)構(gòu)的組裝是依賴靜電斥力和材料彈性限制的平衡獲得。此外,一般情況下,人們對于微納結(jié)構(gòu)復(fù)雜程度的判斷往往依賴于視覺信息,因此會造成一些偏差。為了嘗試解決這個問題,這項研究開拓性地通過發(fā)展數(shù)學(xué)圖論的方法量化了配體含量和成核溫度對最終合成粒子形態(tài)復(fù)雜程度的影響。

該研究工作是手性等離子體納米結(jié)構(gòu)和生物啟發(fā)組裝研究領(lǐng)域的重大突破,有助于人們理解生物納米復(fù)合材料結(jié)構(gòu)中多樣性的起源,并為集成納米結(jié)構(gòu)的多樣化構(gòu)筑指明了道路。

該項研究成果“Emergence of complexity in hierarchically organized chiral particles”(《層次結(jié)構(gòu)手性粒子復(fù)雜性的出現(xiàn)》)于4月9日在美國Science雜志以“First Release(初版)”形式在線發(fā)表。該研究論文的通訊作者是美國密西根大學(xué)Nicholas Kotov教授和巴西納米技術(shù)國家實驗室André F. de Moura教授,蘭州大學(xué)馬宇副教授為該論文的作者之一,蘭州大學(xué)口腔醫(yī)學(xué)院為共同完成單位。該研究成果的發(fā)表標(biāo)志著口腔醫(yī)學(xué)院在手性仿生納米復(fù)合結(jié)構(gòu)領(lǐng)域的研究躋身于國際水平,彰顯了口腔醫(yī)學(xué)院的人才引進(jìn)工作取得了顯著成效。

分層結(jié)構(gòu)手性粒子(圖片來源:Science)

新聞背景:

馬宇,博士、副教授,碩士生導(dǎo)師。在2019年6月以人才引進(jìn)方式進(jìn)入口腔醫(yī)學(xué)院(口腔醫(yī)院),在承擔(dān)口腔材料學(xué)和先進(jìn)口腔材料制備方法等教學(xué)工作的同時,從事生物醫(yī)用功能復(fù)合材料等交叉學(xué)科研究。任中國衛(wèi)生信息與健康醫(yī)療大數(shù)據(jù)學(xué)會口腔專業(yè)委員會委員,中華口腔醫(yī)學(xué)會會員,中國書法家協(xié)會會員。主持或參與國家自然基金面上項目、“雙一流引導(dǎo)專項”引進(jìn)人才啟動項目、中央高?;緲I(yè)務(wù)費項目等科研項目三項,在Science, ACS Appl. Mater. Interfaces等學(xué)術(shù)期刊發(fā)表論文十余篇,申請國家發(fā)明專利兩項,指導(dǎo)研究生兩人。


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