仿生学研究对象之一:模拟生物大分子在体内的化学反应过程,如蛋白质及核酸的合成、酶的催化作用

 

模拟酶材料

随着生命科学与化学的相互交叉和渗透,模拟酶的研究成果已在生化分析中得到广泛应用。

如今的模拟酶材料主要包括以下几种:

卟啉类模拟酶、冠醚、环糊精及杯芳烃类模拟酶、

印迹高分子(MIP)模拟酶、膜体系模拟酶、配合物模拟酶。

本文仅印迹高分子(MIP)模拟酶做简单的介绍。

分子印迹是指制备对某一特定分子(印迹分子)具有选择性的聚合物的过程。

首先选定具备互补作用的印迹分子和单体,并在印迹分子-单体复合物周围发生聚合反应,

然后用抽提法除去印迹分子,可对该分子进行识别,从而制备出催化聚合物。

根据印迹分子的选取可分为:底物印迹高分子、过渡态印迹高分子、

产物印迹高分子和与其它催化剂共同作用的助催化印迹高分子。

 

 

仿生疏水材料材料

荷叶的表面有很多乳突,而每一个乳突的放大电镜照片显示出它有纳米级的二次结构。这种结构使得荷叶表面具有超疏水特性和非常小的滚动角。通过对水稻叶子表面的观察,发现微米尺度的半球在叶子表面的排列是有序的,这种有序排列使得水滴在水稻叶上沿不同方向的具有不同的滚动角。

通过对植物表面的分析,人们认识到由低表面自由能的材料构成的粗糙表面应该具有较高的疏水性。在此基础上,应用不同的材料,通过各种方法制备了多种疏水表面。通过碳纳米管的蜂窝状排列和岛状排列制备了超疏水的表面,其水的接触角在160°以上。用亲水性高分子聚乙烯醇( PVA) 通过模板挤出的方法,制备超疏水表面,超疏水表面具有超疏水、自清洁和防腐蚀等特性,使其在工农业生产中具有较大的应用潜力。此外,超疏水表面在防腐蚀材料等诸多方面均有广泛应用。

 

 

 

仿生蜘蛛丝材料

最早开始研究并取得成功的仿生材料之一就是模仿天然纤维和人的皮肤的接触感而制造的人造纤维。天然蜘蛛丝是蜘蛛经由其丝腺体分泌的一种天然蛋白生物材料, 属于一种生物弹性体纤维,它是自然界产生最好的结构和功能材料之一。

获得仿生蜘蛛丝材料的方法主要有以下几种:

l蛋白基因仿生生物表达法

l链段及二次结构仿生化学合成法

l微观结构仿生物理复合法

l多层次结构仿生层层组装法

 

 

 

多层次结构仿生层层组装法

天然蜘蛛丝为氨基酸链段共聚物,包含β折叠片和螺旋构象,具有多层次结构。从这个角度出发,科学家们开展了关于多层次结构仿生材料的研究,他们将一种侧链带叔胺基团水溶性聚氨酯和聚丙烯酸溶液在玻璃片上通过自组装形成双分子层膜,然后层层叠压,制备出具有从纳米到微米尺度范围多层次结构的聚氨酯/聚丙烯酸(PU/PAA)纳米复合材料。图展示了聚氨酯/聚丙烯酸层层组装复合材料膜的固化过程,所制备的复合材料具有单一组分3倍的强度和韧性. 通过这种多层次结构仿生层层组装法,制备高强度高分子复合体系材料,该方法还未用于天然蜘蛛丝仿生材料的制备。

 

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