D0I:10.13374/1.issnl00103.2007.06.035 第29卷第6期 北京科技大学学报 Vol.29 No.6 2007年6月 Journal of University of Science and Technology Beijing Jun.2007 聚电解质逐层自组装生物矿化材料 孙春宝)邪奕)段旭琴)郝娟玲) 1)北京科技大学土木学院环境工程系，北京1000832)中芯国际集成电路制造（北京）有限公司，北京100067 摘要通过人工模拟的方法，利用阴阳离子型聚电解质溶液制得自组装膜。将装有该自组装膜的玻璃基片放入模拟体液 SBF中，选择适当的条件，可诱导羟基磷灰石在其上面的沉积.实验结果表明：SBF溶液的pH值对羟基磷灰石在膜上的诱导 结晶特性有较大的影响：当pH值为7.40时，利用自组装膜和SBF模拟体液进行生物矿化得到的晶体最为细致紧密.诱导矿旷 化实验表明，利用聚电解质稀溶液制成的自组装膜可以成功地进行生物矿化材料的研究， 关键词生物矿化；自组装膜：模拟体液；有机基质 分类号TB39 自然界中生物利用矿物质的历史至少已有35 亿年，从细菌、微生物到动物、植物的体内均可形成 1实验物料、仪器及方法 矿物，生物矿化是生物体内形成矿物质（生物矿物） 1.1试剂及仪器 的过程，生物矿化与一般矿化的最大区别是，它通 实验中所用试剂及仪器见表1， 过有机大分子和无机物离子在接口处的相互作用， 表1所用试剂及仪器 能从分子水平控制无机矿物相的析出，从而使生物 Table 1 Reagents and equipments 矿物具有特殊的多级结构和组装方式[习. 名称 规格 生产单位 生物在常温常压的条件下，利用环境中极其简 PSS A.R 美国ACROS ORGANICS 单常见的组分通过一系列节能、无污染的处理合成 PDAC A.R. 美国Sigma一ALDRICH 结构及性能完美的复合材料，生物对无机晶体的成 过硫酸铵 A.R. 北京双环化学试剂厂 核、形貌及结晶学定向等的控制是无与伦比的，生 丙烯酰胺 A.R. 北京双环化学试剂厂 物矿化材料具有良好的力学性能，如人们熟悉的贝 丙烯酸 A.R. 北京精益精化工有限公司 壳、牙齿和动物骨骼等，受自然矿化现象的启发，人 NN双丙烯酰胺 一 百灵威化学试剂 们开始研究生物矿化的矿化机理并利用这些原理去 四甲基乙二胺 上海元吉化工有限公司 模拟生物矿化过程，探索制备生物矿化仿生材料的 Tris A.R 百灵威化学试剂 可行性，目前，虽然LB膜和基体负载有机单分子膜 氯化钠 A.R. 北京精益精化工有限公司 北京精益精化工有限公司 使无机物在具有预构造有机模板的指导下进行晶体 六水氯化镁 六水氯化钙 北京双环化学试剂厂 矿化成为可能，但存在制膜条件苛刻、能够自组装成 十二水磷酸氢钠 北京双环化学试剂厂 为超分子体系的两亲分子的种类不丰富，以及随着 pHS一25型pH计 上海精科雷磁厂 晶体过程的进行，膜结构对结晶的调制作用逐渐变 2000型&-UV分光光 龙尼柯（上海）仪器有限公 弱等问题[]. 度计 司 本文利用阴阳离子型聚电解质稀溶液通过逐层 X射线衍射仪 荷兰Philips公司 吸附的方法制得纳米厚度的自组装膜，并用该膜诱 s250型扫描电镜 英国康桥 导羟基磷灰石从过饱和溶液中析出结晶，最终达到 超声波仪 深圳市科伟达超声波设备 构建纳米自组装生物矿化仿生材料的目的 有限公司 冷冻干燥机 DD030OW山力邦压缩机有限公司 收稿日期：2006-07-05修回日期：2007-03-07 1.2实验方法 基金项目：北京市教育委员会共建项目建设计划资助项目(N 对组装成膜的矿化物质进行紫外可见光分析， XK100080432) 作者简介：孙春宝(1963一)男，副教授，博士 来表征膜的组装情况；为了研究不同的溶液条件和 结晶时间对生成的晶体影响，对诱导生成的磷酸钙聚电解质逐层自组装生物矿化材料 孙春宝1） 邢 奕1） 段旭琴1） 郝娟玲2） 1） 北京科技大学土木学院环境工程系‚北京100083 2） 中芯国际集成电路制造（北京）有限公司‚北京100067 摘 要 通过人工模拟的方法‚利用阴阳离子型聚电解质溶液制得自组装膜．将装有该自组装膜的玻璃基片放入模拟体液 SBF 中‚选择适当的条件‚可诱导羟基磷灰石在其上面的沉积．实验结果表明：SBF 溶液的 pH 值对羟基磷灰石在膜上的诱导 结晶特性有较大的影响；当 pH 值为7∙40时‚利用自组装膜和 SBF 模拟体液进行生物矿化得到的晶体最为细致紧密．诱导矿 化实验表明‚利用聚电解质稀溶液制成的自组装膜可以成功地进行生物矿化材料的研究． 关键词 生物矿化；自组装膜；模拟体液；有机基质 分类号 TB39 收稿日期：2006－07－05 修回日期：2007－03－07 基金项目：北京市教育委员会共建项目建设计划资助项目（No． XK100080432） 作者简介：孙春宝（1963－）‚男‚副教授‚博士 自然界中生物利用矿物质的历史至少已有35 亿年‚从细菌、微生物到动物、植物的体内均可形成 矿物．生物矿化是生物体内形成矿物质（生物矿物） 的过程．生物矿化与一般矿化的最大区别是‚它通 过有机大分子和无机物离子在接口处的相互作用‚ 能从分子水平控制无机矿物相的析出‚从而使生物 矿物具有特殊的多级结构和组装方式［1－3］． 生物在常温常压的条件下‚利用环境中极其简 单常见的组分通过一系列节能、无污染的处理合成 结构及性能完美的复合材料‚生物对无机晶体的成 核、形貌及结晶学定向等的控制是无与伦比的．生 物矿化材料具有良好的力学性能‚如人们熟悉的贝 壳、牙齿和动物骨骼等．受自然矿化现象的启发‚人 们开始研究生物矿化的矿化机理并利用这些原理去 模拟生物矿化过程‚探索制备生物矿化仿生材料的 可行性．目前‚虽然 LB 膜和基体负载有机单分子膜 使无机物在具有预构造有机模板的指导下进行晶体 矿化成为可能‚但存在制膜条件苛刻、能够自组装成 为超分子体系的两亲分子的种类不丰富‚以及随着 晶体过程的进行‚膜结构对结晶的调制作用逐渐变 弱等问题［4－7］． 本文利用阴阳离子型聚电解质稀溶液通过逐层 吸附的方法制得纳米厚度的自组装膜‚并用该膜诱 导羟基磷灰石从过饱和溶液中析出结晶‚最终达到 构建纳米自组装生物矿化仿生材料的目的． 1 实验物料、仪器及方法 1∙1 试剂及仪器 实验中所用试剂及仪器见表1． 表1 所用试剂及仪器 Table1 Reagents and equipments 名称 规格 生产单位 PSS A．R． 美国 ACROS ORGANICS PDAC A．R． 美国 Sigma－ALDRICH 过硫酸铵 A．R． 北京双环化学试剂厂 丙烯酰胺 A．R． 北京双环化学试剂厂 丙烯酸 A．R． 北京精益精化工有限公司 N－N 双丙烯酰胺 － 百灵威化学试剂 四甲基乙二胺 － 上海元吉化工有限公司 Tris A．R． 百灵威化学试剂 氯化钠 A．R． 北京精益精化工有限公司 六水氯化镁 － 北京精益精化工有限公司 六水氯化钙 － 北京双环化学试剂厂 十二水磷酸氢钠 － 北京双环化学试剂厂 pHS－25型 pH 计 － 上海精科雷磁厂 2000型 ＆UV 分 光 光 度计 － 龙尼柯（上海）仪器有限公 司 X 射线衍射仪 － 荷兰 Philips 公司 S250型扫描电镜 － 英国康桥 超声波仪 － 深圳市科伟达超声波设备 有限公司 冷冻干燥机 DD0300W 山力邦压缩机有限公司 1∙2 实验方法 对组装成膜的矿化物质进行紫外可见光分析‚ 来表征膜的组装情况；为了研究不同的溶液条件和 结晶时间对生成的晶体影响‚对诱导生成的磷酸钙 第29卷 第6期 2007年 6月 北 京 科 技 大 学 学 报 Journal of University of Science and Technology Beijing Vol．29No．6 Jun．2007 DOI:10．13374／j．issn1001－053x．2007．06．035