DNA誘導(dǎo)二氧化硅生物礦化-從轉(zhuǎn)錄(transcription)到液晶結(jié)構(gòu)自組裝.pdf

1、生物礦化材料具有有機-無機復(fù)合的組成,精密調(diào)控的結(jié)構(gòu),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(xué)工業(yè)、生物醫(yī)藥、環(huán)境保護、功能材料等領(lǐng)域展現(xiàn)出巨大的應(yīng)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(jié)構(gòu)。研究DNA誘導(dǎo)的生物礦化,一方面能夠復(fù)制DNA的螺旋外形并印跡其基團分布,具有材料學(xué)上的意義；另一方面對于研究DNA的性質(zhì)如液晶結(jié)構(gòu)等也具有重要意義。但是,為了維持DNA的雙螺旋構(gòu)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(fù)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(jié)構(gòu)導(dǎo)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(jié)構(gòu)的介孔材料AMS-n。本論文的工作基于助結(jié)構(gòu)導(dǎo)向法,合成了不同的DNA誘導(dǎo)二氧化硅生物礦化材料,并研究其結(jié)構(gòu)控制及形成機理。CSDA帶正電的頭部基團與DNA骨架帶負(fù)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(dǎo)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(jié)構(gòu)控制的關(guān)鍵。二氧化硅的沉積在溫和的條件(pH近中性、室溫)下快速進(jìn)行,類似于自然界中的生物礦化。在第一章中,詳細(xì)的闡述本文的工作背景,綜述了以下幾部分的內(nèi)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(guān)特性；4)DNA誘導(dǎo)生物礦化的研究現(xiàn)狀。在第二章中,本文

4、以DNA為模板轉(zhuǎn)錄合成了不同內(nèi)部結(jié)構(gòu)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(nèi)部結(jié)構(gòu)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(dǎo)致模板DNA的聚集狀態(tài)改變,轉(zhuǎn)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(dǎo)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(jié)構(gòu)導(dǎo)向劑,得到了p4mm和p6mm兩種結(jié)構(gòu)的DNA-二氧化硅有序組裝體。組裝體的結(jié)構(gòu)可以通過合成體系中DNA的濃度調(diào)變。依據(jù)Kornyshev和Leikin關(guān)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(fù)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(dǎo)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