新型有机无机杂化纳米生物功能材料复合制备及控制机理

新型的具有良好的生物学相容性、可降解、功能化的纳米材料是纳米生物医学领域的研究热点。尽管无机纳米材料展现了丰富的尺寸和形貌依赖物性，其固有的较强的生物毒副作用和难于降解等特性限制了它的应用范围。有机无机杂化的纳米生物复合材料能够同时具备无机和有机材料的优点以及丰富的功能性，成为当前纳米生物材料的一个重要的研究方向。拟采用具有分子量和结构明晰且生物相容性优异的重组胶原蛋白II作为有机组分；结合尺寸形貌可控制的、具有荧光、磁性及机械仿生功能的无机纳米环和纳米管结构组成新型的功能化有机无机杂化的纳米生物材料，将其应用于荧光或者拉曼生物标记，核磁共振成像增强剂以及骨修复纳米材料等生物医学领域。本项目将探索功能性无机纳米晶和胶原蛋白II有效结合的生长和复合机理以及其尺寸、形貌和组分依赖的物理性质，为生物学功能优异的胶原类生物大分子与无机纳米晶材料的复合提供理论参考；解释其关键性能控制因素和微观机理。

有机无机杂化的纳米复合材料能够同时具备无机和有机材料的优点以及丰富的功能型，是当前纳米生物材料的一个重要的研究方向。本项目着眼于有机无机功能纳米材料的合成制备机理，物理化学性质表征以及生物医学领域应用三个方面展开了研究。其中最主要的研究成果包括：在有机无机杂化材料制备方面，首次发现了全新的纳米线介观晶体，阐明了其仿生物矿化过程的复合制备机理，并制备了常温高性能气体传感器，为有机无机仿生材料制备和应用研究提供了一个新的视角；在生物医学应用方面，首次提出了磁性颗粒的有机界面可以直接调控其磁共振信号强度（r2可显著提高4倍）和磁热转换效率（比吸收速率可相对提高74%），因此是制备高效纳米造影剂和热疗剂中不可忽略的一个重要因数，为磁共振标记成像和热疗剂的开发利用提供了新的思路。这些重要研究成果阐明有机无机杂化的功能纳米材料的复合制备和生物医学应用的关键性能控制因数,受到了广泛的关注和跟踪研究，也为我们进一步研究此类材料提供了坚实的实验和理论基础。