氮化镓纳米结构与生物界面的分子水平研究

在材料与生物分子的界面性质研究中，人们已经发现氨基酸和多肽分子对半导体和金属表面有特异性吸附。本项目的目标是研究氮化镓半导体纳米材料与生物界面的相互作用，为开发新型、多功能生物医学器件提供新的理论和实验依据。氮化镓(GaN)是一种优异直隙宽带半导体，具有高发光效率、高热导率、耐高温、抗辐射、耐酸碱、高强度和高硬度等特性。我们将利用化学气相沉积法可控地制备各种氮化镓纳米结构；研究氮化镓纳米结构与性质的关系，揭示内在的物理机制。在分子水平上研究氮化镓纳米结构与生物界面的相互作用并揭示其作用机理。该研究将有助于半导体纳米材料在生物医学领域的应用。

本项目主要针对氮化镓半导体纳米结构与生物医学应用开展研究。研究了氮化镓纳米结构的可控制备方法和技术，阐明合成和生长机理，揭示其结构与理化性质的关系，获得了高质量的氮化镓纳米结构；发展了氮化镓纳米结构图案化的方法；研究氮化镓纳米结构与生物界面的相互作用，在分子水平上揭示氮化镓纳米结构与生物界面反应机理，为加速氮化镓纳米结构在生物医学领域的应用起到了很好的促进作用。首先开展了氮化镓半导体纳米结构的制备。应用化学气相沉积法可控制备了氮化镓纳米结构。系统研究了实验条件对氮化镓纳米线生长的影响,制备了不同形貌和生长方向的纳米线；通过不同的方法构筑了图案化的氮化镓微纳结构，比如，以氧化石墨烯（GO）为调节剂，构筑了不同表面结构和浸润性的氮化镓表面，由此发展了一种用GO调控的、制备结构可调的功能纳米界面的新方法; 利用不同目数的铜网作为掩膜板在基底上制备了具有图案化的、具微米尺寸间隔的GaN纳米线团簇,建立了一种制备超疏水性GaN纳米线薄膜的方法；利用氮化镓和氧化锌之间很好的晶格匹配性，在氮化镓薄膜上可控制备了垂直生长的ZnO纳米线, 方向性一致的纳米结构在生物检测等方面有很多的应用前景。研究了氮化镓纳米结构与生物界面的相互作用，发现超疏水氮化镓纳米结构可以抑制血小板和肿瘤细胞的粘附；根据氮化镓材料的光敏性，利用紫外光控实现GaN纳米线表面浸润性的调制，从而调控蛋白质吸附和细胞粘附状况。这种外场刺激响应的功能纳米材料将是开发未来智能器件的理想材料，在微流器件以及生物分析等领域将会有新的应用。另外，还研究了氮化镓微纳结构、浸润性和蛋白吸附的协同作用以促进细胞在表面粘附，此工作对材料-生物界面相互作用机制的研究有重要意义，为制备新型生物医用材料提供新的思路。开展了中丹双方的科研合作，多次召开视频会议，讨论科研进展，进行深入的学术交流。