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平坦之皱  有容乃进——我校生科院完成的通讯论文

“原子力显微镜揭示了白云母的大范围的异常图案”

在《美国化学学会应用材料与界面》杂志上发表


添加时间:2015-04-15 18:51:25 来源:生命科学学院 通讯员:侯嘉骅 浏览次数:

  近日,我校生命科学学院完成的通讯论文“Large Scale Anomalous Patterns of Muscovite Mica Discovered by Atomic Force Microscopy”(“原子力显微镜揭示了白云母的大范围的异常图案”)在《ACS Applied Materials & Interfaces》(《美国化学学会应用材料与界面》)杂志上发表。该论文由我校作为唯一研究单位独立完成,张峰教授为第一作者和通讯作者,同时署名的还有学校生物医药工程创新团队成员陈有君教授以及张萍、侯嘉骅、云小玲等5位研究生。
  白云母是分布很广的造岩矿物之一,属于铝镁硅酸盐类,其分子结构早在1927年就被鉴定为KAl2(Si3Al)O10(OH)2。云母具有很多独特的性质,比如化学惰性、高热稳定性、天然高纯度晶体等,绝缘、耐高温、有光泽、物理化学性能稳定,具有良好的隔热性、弹性和韧性所以被广泛应用到很多科研及工业领域。对于纳米生物医学领域而言,由于云母的独特晶体结构使得人们能够沿着其[001]晶面很容易地进行剥离,云母已经成为一种应用于承载生物分子的物美价廉的通用衬底材料。特别是,新剥离的云母表面不但具有负电、亲水的性质,而且在大面积内还具有原子级的平整性,这让科学家们经常利用云母模拟细胞内的一些有序亲水表面来研究生命分子的自组装行为。甚至有些科学家认为云母的存在与生命的起源具有密切的关联。        

  在这篇论文中,我校纳米生物医药创新培育团队通过近三年的努力研究,打破了人们的常规认识,利用原子力显微镜揭示出云母表面的另一番景象——平坦之皱。该论文中发表了大量的云母表面的不同形状的图案,并利用原子力显微镜的不同成像模式以及不同对照试验证实了这些图案的真实存在性,并指出了与Moiré结构的重要区别。论文对分图案进行傅里叶变化分析后,发现这些图案呈现出类二维晶系,并存在高阶晶胞结构。
  该论文还将一种与多种神经退行性疾病(老年痴呆症、帕金森病、疯牛病)相关的多肽分子GAV-9放在这些含有非常规图案的云母上进行模板辅助自组装(外延生长),结果发现这些图案并不会影响这种多肽分子的生长取向——生命分子忽视了这些微观结构的存在。这与无机材料外延生长的苛刻要求截然不同,因为无机材料如掺杂半导体的外延生长需要严格的原子尺寸和晶格的匹配,稍有差池便会造成严重的缺陷,甚至无法进一步生长。相比之下,生命分子在无机材料表面的外延生长却含着巨大的“包容性”,这可能暗示了生命在从无机到有机、从无序到有序的进化过程中的一条重要策略——包容。这种有容乃进的策略是自然界的选择,也是我们人类值得学习的价值观。
  该研究利用纳米领域的利器——“原子力显微镜”研究了疾病相关多肽在白云母上进行模板辅助自组装(外延生长),对生物分子人工纳米结构的制造有重要启示作用。纳米生物医学是利用纳米技术解决生物医学问题的交叉研究学科,而纳米技术的引进将给生物医学领域带来一场深刻的革命,在研究和治疗人类重大疾病方面具有重要意义。该论文的研究结果不仅为那些曾经或者将要利用云母作为衬底的科学工作者提供有用的信息,而且也许会对生命与无机材料的相互作用研究领域开启新的思路。
  据了解,《ACS Applied Materials & Interfaces》是美国化学学会(ACS)出版集团旗下的一个网络出版物,为那些关注如何开发和利用新材料及界面效应的化学家、物理学家、生物学家和工程师提供了交流平台。期刊为学术界和产业界的研究人员出版各种文章,并致力于推进应用材料的研究。其收录的文章涵盖了物理、化学、生物、材料等多方向研究,属于多学科交叉的综合性杂志,目前影响因子为5.9。
  论文链接:http://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/acsami.5b00984 

[责任编辑:彭静]


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