生物分子膜仿生合成碱式氯化铜晶体.pdf

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1、第33卷第2期许昌学院学报Vo1．33．No．22014年3月JOURNALOFXUCHANGUNIVERSITYMar．2014文章编号：1671—9824(2014)02～0103—03生物分子膜仿生合成碱式氯化铜晶体王宝基，李晓华，薛中会(河南理工大学物理化学学院，河南焦作454000)摘要：研究了牛血清白蛋白(BSA)Langmuir单层膜对碱式氯化铜晶体的成核和取向生长的调控作用．利用x射线衍射仪(XRD)和扫描电镜(SEM)等技术对晶体的结构和形貌进行了表征和观察．结果表明，在生物单分子膜诱导作用下，可以获得花生状的碱

2、式氯化铜晶体，且主要沿(110)晶面取向生长．并进一步探讨了生物单层膜在晶体生长上的调控机理．关键词：牛血清白蛋白；Langmuir单层膜；碱式氯化铜晶体中图分类号：O614文献标识码：A近来，利用生物矿化方法来合成具有特殊结构的晶体材料成为材料合成的一个热点．特别是利用该方法合成具有高硬度与环境相容性好的生物材料逐渐成为材料合成的一个新趋势．在生物矿化过程中，蛋白质等有机大分子通过自组装和自组织形成超分子结构，而该超分子结构对生物矿物的形成起重要的调控作用．同时，在生物矿化中，蛋白质可以通过构象的变化来适应生物体的需要，如从蛋白

3、质一螺旋构象到蛋白质B一折叠构象的变化，蛋白无规卷曲构象到蛋白质a一螺旋构象的变化等⋯，因此，蛋白质直接参与对晶体生长的影响，并能够为晶体的生长提供很好的成核位点．目前，研究蛋白质对晶体形貌、生长取向和晶型的控制作用，一般采用蛋白质和晶体的过饱和溶液相混融的方法，但该方法和生物体的实际情况相差甚远，不利于对生物矿化真实过程的模拟研究和在位的观测．而蛋白质Langmuir单分子膜作为软模板，具有和生物膜的半流动性有一定的相似性，因此可以利用其作为模板来诱导结晶，研究生物膜对晶体生长形貌、取向和晶型的控制作用，该方法可望在生物矿化的机

4、制研究和材料的制备中取得较好的研究效果．最近，Liehtenegger等首次发现在有机体控制环境下形成铜的矿物质一绿盐铜矿(atacamite)．这些绿盐铜矿是由一些单晶聚集而成的多晶构成的有序体，其和蛋白质密切结合而具有很高的抗磨损性．蛋白质和铜矿物或受限铜离子的密切结合本质上是一个非常引人的概念，而且还可以作为设计具有坚硬、轻质和耐磨等特性的新材料的原型．在本研究工作中，我们利用接近生物体系的牛血清白蛋白(BSA)Langmuir膜为模板，通过在氯化铜亚相中缓慢注入适量氨水的方法，在位诱导、合成了碱式氯化铜晶体，结合XRD、S

5、EM等研究了其形态和晶型，并初步探讨了其生长的相关机理．1实验部分1．1仪器与试剂LB拉膜机(芬兰KSV．5000Minitrough)；X射线粉末衍射仪(荷兰飞利蒲X’PertProMPD型)；扫描电子显微镜(日本电子株式会社JSM．5600LV型)．牛血清蛋白(BSA)为天津正江高科技有限公司的产品，电泳纯试剂；氯化铜为天津市化工一厂生产的分析纯试剂；氯化钠为分析纯试剂．去离子水为实验室自制的三次蒸馏后的去离子水．1．2实验方法将0．5g的BSA溶于1000mL浓度为0．9％的NaC1水溶液中，待牛血清白蛋白完全溶解后，倒入L

6、B膜槽中，保持5h后牛血清白蛋白吸附达到平衡，利用本体交换的方法先将去离子水和蛋白质分子膜下没有被吸附的牛血清白蛋白溶液进行交换(具体过程如图1(a)所示)，得到蛋白质单分子膜，亚相中为去离子水；然后将氯化铜饱和溶液(浓度为3．5×10tool·L。)和亚相中的去离子水进行交换(具体过程如图1(b)所示)，最终使亚相中全部为氯化铜饱和溶液．所用的本体交换器为两个型号完全相同的蠕动泵，交换时设定的泵人和泵出的速率相同，并且极其缓慢，交换时所用的时间皆为24h．待交换完毕后，接着用蠕动泵以2．5rmp(约0．17ml·min)的速度在

7、亚相中缓慢注入浓度为1×10～mol·dm的氨水大约10mL，然后，立即以Y型拉膜方式将诱导结晶后的样品拉到经过亲水处理的玻璃基底上用于x射线粉末衍射仪(XRD)和扫描电子显微镜(SEM)表征．收稿日期：2013一l1一O4基金项目：国家自然科学基金项目(11003003)；河南省基础与前沿技术研究计划项目(112300410277)；河南省科技厅重点攻关研究项目(122102310279)；河南省高校青年骨干教师资助项目作者简介：王宝基(1975一)，男，河南驻马店人，讲师，在读博士研究生，研究方向：生物矿化和仿生合成．第33卷

8、第2期王宝基1j，等：生物]分；子膜仿生合1J成碱1J式氯化铜晶体105物体所控制，晶体生长时间延长．蛋白质的作用不但同蛋白质的结构相关，而且可能与蛋白质毗邻的大分子和蛋白质存在的微环境有一定关系．就目前的知识来讲，一般认为在生物体的生物矿化过程中