發(fā)布時間：2020-07-27 22:21

【摘要】：由于納米技術(shù)的快速發(fā)展以及納米材料合成技術(shù)的日趨成熟,采用各種化學(xué)或物理方法可制備多種高質(zhì)量不同維度的納米材料及其復(fù)合物。將這些納米材料作為微納結(jié)構(gòu)單元組裝成具有等級結(jié)構(gòu)的宏觀尺度材料是提高納米材料實際應(yīng)用能力的有效途徑。近年來,已發(fā)展了多種組裝策略,但存在設(shè)備要求高、反應(yīng)條件苛刻、易造成二次污染和成本高等缺點,且現(xiàn)有大多數(shù)組裝方法只針對特定的納米單元進(jìn)行組裝,使得材料結(jié)構(gòu)和功能相對單一,且不易規(guī)�；�,限制其實際應(yīng)用�；诖�,研究者期望發(fā)展通用、高效、低成本、環(huán)境友好及易規(guī)�；M裝納米單元的技術(shù)來制備具有一定結(jié)構(gòu)功能的宏觀尺度納米復(fù)合材料,從而解決納米材料在實際應(yīng)用中的問題。 受自然界啟發(fā),將微生物技術(shù)應(yīng)用于納米材料合成及組裝正成為研究熱點之一,與物理和化學(xué)方法相比,該方法具有環(huán)境友好、成本低、條件溫和、高效和多層次跨尺度加工等優(yōu)點。本論文著重探討基于微生物誘導(dǎo)多種不同維度微納單元組裝以制備宏觀尺度納米復(fù)合材料及其性能研究。首先,通過對納米材料與微生物組裝進(jìn)行分析,尋找合適的微生物和人工微納結(jié)構(gòu)組裝單元;然后,將微生物菌種接種到分散有微納結(jié)構(gòu)單元的營養(yǎng)液中,在適宜溫度下旋轉(zhuǎn)振蕩培養(yǎng),利用微生物細(xì)胞生長及生理代謝作用,誘導(dǎo)營養(yǎng)液中微納單元或離子組裝成為具有特定結(jié)構(gòu)功能的宏觀尺度生物納米復(fù)合材料,并研究這些材料在廢水處理、藥物緩釋、催化、重金屬離子吸附、磁性驅(qū)動和細(xì)胞毒性等方面的性能。所提出的微生物誘導(dǎo)組裝技術(shù)具有普適性,能夠?qū)崿F(xiàn)不同維度微納單元的組裝,具有簡單、通用、低成本、環(huán)境友好及易規(guī)�；忍攸c。本研究拓展了微納單元生物組裝技術(shù)的研究范圍,對于解決納米材料的實際應(yīng)用具有重要的參考價值。所取得的主要研究結(jié)果總結(jié)如下： 1.發(fā)展了一種通用、環(huán)境友好、易規(guī)�；恼婢z生長方法原位組裝零維、一維、二維的納米顆粒,成功制備了宏觀尺度菌絲納米復(fù)合球。研究表明,菌絲主要通過表面電荷、官能團(tuán)和表面分泌物的粘附力與微納單元相互作用以實現(xiàn)誘導(dǎo)組裝。真菌菌絲體細(xì)胞不斷外延生長,在水流剪切力作用下纏繞形成菌絲納米復(fù)合球。不同大小、不同性能的復(fù)合球可通過調(diào)控納米結(jié)構(gòu)單元的添加量及培養(yǎng)時間而得到。該菌絲納米復(fù)合球具有生物相容性好、機(jī)械強(qiáng)度高、且菌絲和納米單元結(jié)合穩(wěn)定的優(yōu)點。該材料在磁響應(yīng)、光熱治療、污染物吸附和藥物緩釋等方面表現(xiàn)出良好的性能。 2.利用真菌菌絲生長組裝微納單元并通過調(diào)控納米單元組裝次序的途徑,發(fā)展了一種制備有序核殼結(jié)構(gòu)的多功能菌絲納米復(fù)合球的通用方法。該方法可同時組裝多種納米顆粒,且成本低、環(huán)境友好、易規(guī)�；苽�。根據(jù)該方法,我們制備出兩層和三層核殼結(jié)構(gòu)的多功能菌絲納米復(fù)合球,如菌絲／氧化石墨烯／四氧化三鐵、菌絲／四氧化三鐵／氧化石墨烯、菌絲／氧化石墨烯／納米金／碳納米管、菌絲/碳納米管/納米金/氧化石墨烯等。通過顏色分布和SEM分析,表明在不同培養(yǎng)時間添加的納米顆粒都能均勻附著在菌絲表面,且在菌絲球空間分布相對有序。該復(fù)合菌絲球兼容各種納米顆粒的性能而形成多功能體系,且方便回收再利用,在水處理、催化、光熱效應(yīng)等方面具有良好性能。 3.發(fā)展了一種利用微生物分泌細(xì)菌纖維素誘導(dǎo)氧化石墨烯納米片組裝構(gòu)筑生物納米復(fù)合球材料的方法。研究表明,氧化石墨烯和細(xì)菌纖維素通過氫鍵作用進(jìn)行了有效的鍵合,在水流剪切力作用下纏繞形成穩(wěn)定的球形結(jié)構(gòu)；氧化石墨烯納米片與細(xì)菌纖維素相互連接,并均勻分布其網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)中；該材料無毒、環(huán)境友好、具有良好的生物相容性,可作為組織工程的支架材料。此外,該復(fù)合材料對鹽酸阿霉素的固定和緩釋表現(xiàn)出優(yōu)異的性能,在藥物輸送方面應(yīng)用具有較大潛能。 4.通過碳酸鹽礦化菌在代謝過程中分泌的脲酶分解尿素產(chǎn)生CO32-,將游離態(tài)的模擬核素Sr2+轉(zhuǎn)化為穩(wěn)定態(tài)SrCO3,實現(xiàn)Sr2+離子固定化,阻滯其遷移。研究了pH、溫度、接種量、培養(yǎng)時間、Sr2+及尿素濃度等因素對Sr2+固結(jié)率、礦化產(chǎn)物物相和形貌的影響。結(jié)果表明,微生物菌體細(xì)胞表面先形成SrCO3微晶,然后誘導(dǎo)組裝形成大小混雜、相互黏結(jié)的不規(guī)則團(tuán)聚體SrCO3晶體顆粒；礦化過程中菌體細(xì)胞及代謝分泌物在SrCO3晶體成核、生長及堆積過程中扮演重要的角色；通過對Sr2+誘導(dǎo)礦化,對液體培養(yǎng)基中Sr2+固結(jié)率可達(dá)98%。微生物礦化修復(fù)技術(shù)具有周期短、減容比大、高效、廉價、對設(shè)備要求低和環(huán)境影響小等優(yōu)點,是一種新穎且經(jīng)濟(jì)的放射性核素處理技術(shù),可為核素的富集、再生或地質(zhì)處置提供技術(shù)支持。
【學(xué)位授予單位】：中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：TB383.1

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：2772466