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兰州大学科研人员与多所机构学者合作完成手性纳米复合结构的组装机制研究

发布日期:2020-04-15

自然界中的有机-无机粒子依靠自身或者外界的少量能量,通过自驱动组装的形式构成了许多独特的材料和物质,如人体组织中最坚硬的牙釉质,具有复杂形态的颗石藻的钙化层。这类有序的纳米级结构常表现出尖刺、网状、扭曲和分形多种形态,并构成了软质组织中的超强物理性能结构,然而这类迷人的分层组织粒子是如何构建的呢?

兰州大学口腔医学院副教授马宇博士与美国密西根大学、上海交通大学和巴西圣卡洛斯联邦大学等多家单位科研人员合作,在基于金-半胱氨酸的有机-无机体系,以自组装方法制备了多级复杂结构并具有强烈手性发光的手性粒子。通过多种计算机模拟手段揭示了这种多层次手性结构的组装是依赖静电斥力和材料弹性限制的平衡获得。此外,一般情况下,人们对于微纳结构复杂程度的判断往往依赖于视觉信息,因此会造成一些偏差。为了尝试解决这个问题,这项研究开拓性地通过发展数学图论的方法量化了配体含量和成核温度对最终合成粒子形态复杂程度的影响。

该研究工作是手性等离子体纳米结构和生物启发组装研究领域的重大突破,有助于人们理解生物纳米复合材料结构中多样性的起源,并为集成纳米结构的多样化构筑指明了道路。

该项研究成果“Emergence of complexity in hierarchically organized chiral particles”(《层次结构手性粒子复杂性的出现》)于4月9日在美国Science杂志以“First Release(初版)”形式在线发表。该研究论文的通讯作者是美国密西根大学Nicholas Kotov教授和巴西纳米技术国家实验室André F. de Moura教授,兰州大学马宇副教授为该论文的作者之一,兰州大学口腔医学院为共同完成单位。该研究成果的发表标志着口腔医学院在手性仿生纳米复合结构领域的研究跻身于国际水平,彰显了口腔医学院的人才引进工作取得了显著成效。

分层结构手性粒子(图片来源:Science)

新闻背景:

马宇,博士、副教授,硕士生导师。在2019年6月以人才引进方式进入口腔医学院(口腔医院),在承担口腔材料学和先进口腔材料制备方法等教学工作的同时,从事生物医用功能复合材料等交叉学科研究。任中国卫生信息与健康医疗大数据学会口腔专业委员会委员,中华口腔医学会会员,中国书法家协会会员。主持或参与国家自然基金面上项目、“双一流引导专项”引进人才启动项目、中央高校基本业务费项目等科研项目三项,在Science, ACS Appl. Mater. Interfaces等学术期刊发表论文十余篇,申请国家发明专利两项,指导研究生两人。

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来源:口腔医学院、科学技术发展研究院