潘云翔，孫正慶，段明宇，劉昌俊

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冷等離子體誘導(dǎo)生物分子自組裝制備生物材料研究進(jìn)展

潘云翔1, 2，孫正慶2，段明宇2，劉昌俊1

（1天津大學(xué)化工學(xué)院，天津化學(xué)化工協(xié)同創(chuàng)新中心，天津300072；2合肥工業(yè)大學(xué)化學(xué)與化工學(xué)院，安徽合肥230009）

生物材料在污水處理、氣體檢測(cè)、儲(chǔ)能、光催化等領(lǐng)域展現(xiàn)出良好的應(yīng)用前景。但傳統(tǒng)生物材料制備方法復(fù)雜，且使用高毒性有機(jī)溶劑。實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單、綠色的生物材料制備是目前亟需解決的問(wèn)題。室溫下冷等離子體誘導(dǎo)生物分子自組裝制備生物材料，不需有機(jī)溶劑，不需高溫焙燒、H2還原、化學(xué)還原和光致還原，實(shí)現(xiàn)了生物材料制備過(guò)程的簡(jiǎn)單化、綠色化。通過(guò)冷等離子體誘導(dǎo)生物分子自組裝已制備出厚度為(1.03±0.14)nm的生物膜以及含有尺寸小于10 nm、分散性極好的金屬納米顆粒的金屬/生物復(fù)合材料。但相關(guān)研究剛起步，許多科學(xué)問(wèn)題仍然未知，特別是冷等離子體誘導(dǎo)生物分子自組裝機(jī)理需進(jìn)一步研究。這些科學(xué)問(wèn)題一旦得到完美詮釋，必定會(huì)實(shí)現(xiàn)生物材料的可控、宏量制備。

納米材料；肽；生物膜；冷等離子體；自組裝

引 言

生物材料在污水處理、氣體檢測(cè)、儲(chǔ)能、光催化等領(lǐng)域展現(xiàn)出良好應(yīng)用前景，這得益于生物材料的一些獨(dú)特優(yōu)勢(shì)[1-9]。首先，生物材料的制備原料豐富且便宜。多肽、蛋白質(zhì)、油脂、纖維、蔗糖、麥芽糖、淀粉等都可用來(lái)制備生物材料。其次，生物材料的制備條件溫和，常壓、溫度低于100℃的條件下就可制備出性能優(yōu)良的生物材料。第三，當(dāng)生物材料失去其利用價(jià)值時(shí)，通過(guò)生物降解等方法就可對(duì)廢棄生物材料進(jìn)行徹底、完全的處理。第四，自然界造就了成千上萬(wàn)種結(jié)構(gòu)、性質(zhì)不同的生物分子，利用這些生物分子可構(gòu)筑出千變?nèi)f化的生物材料，且可通過(guò)使用不同的生物分子實(shí)現(xiàn)對(duì)生物材料形貌、尺度、物理化學(xué)性質(zhì)的可控調(diào)變。

除了以上優(yōu)勢(shì)，生物材料在光催化領(lǐng)域的應(yīng)用有著更為特殊的意義[4-8]。生物材料與自然界光合作用所用生物催化劑的物理化學(xué)性質(zhì)相似。光合作用是綠色植物利用太陽(yáng)能，將CO2和H2O催化轉(zhuǎn)化為儲(chǔ)有能量的有機(jī)物，并釋放出氧氣。光合作用是地球上碳氧循環(huán)的關(guān)鍵，具有極高的反應(yīng)效率?？茖W(xué)家一直在努力使用人工合成材料模擬自然界光合作用。生物材料是構(gòu)筑人工模擬光合作用催化劑的最好選擇[6]。另外，綠色植物通過(guò)光合作用將CO2和H2O轉(zhuǎn)化成為多肽、蛋白質(zhì)、纖維、淀粉等，若能利用這些生物分子制備用于CO2光催化轉(zhuǎn)化的生物材料，就實(shí)現(xiàn)了利用自然界光合作用合成出的原料制備人工模擬光合作用所需催化劑。這對(duì)于實(shí)現(xiàn)綠色、高效的CO2轉(zhuǎn)化利用，具有重要的意義。

盡管優(yōu)勢(shì)明顯，但生物材料的應(yīng)用遇到了很多難題，最為突出的難題就是生物材料的制備過(guò)程復(fù)雜，且需酸、堿或有機(jī)溶劑作為輔助[9-13]。為了實(shí)現(xiàn)生物材料制備過(guò)程的簡(jiǎn)單化、綠色化，研究人員開(kāi)發(fā)了很多生物材料制備新方法，其中一個(gè)典型代表就是將冷等離子體與生物分子自組裝相結(jié)合的冷等離子體誘導(dǎo)法。本文將著重介紹冷等離子體誘導(dǎo)制備生物材料的最新研究進(jìn)展。

1 生物分子自組裝

生物分子自組裝是自然界中普遍存在的一種現(xiàn)象，是大自然用以構(gòu)筑各種生命體的主要方式[10-19]，如細(xì)胞膜便是由生物分子自組裝形成的。受到自然界中生物分子自組裝的啟發(fā)，科學(xué)家利用生物分子自組裝合成了一系列具有優(yōu)良物理化學(xué)性能的生物材料。生物分子自組裝的驅(qū)動(dòng)力是生物分子之間的氫鍵、范德華力、靜電作用、親疏水作用以及p-p作用等[10-11]。酸堿度、溫度、外加有機(jī)溶劑以及生物分子的結(jié)構(gòu)、組成、官能團(tuán)、生物分子的排列順序等都會(huì)影響生物分子自組裝[10-11]。如含有兩個(gè)苯丙氨酸分子的二肽分子（簡(jiǎn)稱FF），在六氟異丙醇中自組裝的產(chǎn)物是納米管，在-甲基吡咯烷酮中自組裝的產(chǎn)物則是薄膜[11]。Hendler等[18]發(fā)現(xiàn)，在-甲基吡咯烷酮中，F(xiàn)F首先自組裝成為納米管，而后通過(guò)溶解和再結(jié)晶過(guò)程成為薄膜。又如Cui等[19]發(fā)現(xiàn)尾端帶有烷基鏈的四肽分子自組裝可構(gòu)筑出納米纖維。這一自組裝的驅(qū)動(dòng)力是四肽分子間的氫鍵以及烷基的疏水作用。如果四肽分子中的兩個(gè)氨基酸被替換成為疏水的纈氨酸和帶有負(fù)電荷的谷氨酸，增加尾端烷基的碳原子數(shù)至16，此時(shí)自組裝的產(chǎn)物是寬度為150 nm、長(zhǎng)度為0.1 mm的納米帶。

生物分子自組裝是最為常用的生物材料制備方法。但傳統(tǒng)的生物分子自組裝過(guò)程需使用二甲基亞砜、乙腈、六氟異丙醇、-甲基吡咯烷酮等有機(jī)溶劑[10-19]。這些有機(jī)溶劑刺激性和毒性高，易破壞生物分子的結(jié)構(gòu)、組成、官能團(tuán)和物理化學(xué)性質(zhì)。且這些有機(jī)溶劑容易停留在生物材料上，對(duì)后續(xù)應(yīng)用帶來(lái)負(fù)面影響。如何在不破壞生物分子本身特性的前提下，實(shí)現(xiàn)生物分子自組裝制備生物材料過(guò)程的簡(jiǎn)單化、綠色化，是亟需解決的一個(gè)問(wèn)題。

2 冷等離子體誘導(dǎo)制備生物材料

冷等離子體是給氣體（如氬氣、氫氣、氮?dú)獾龋┩饧与妷?，引發(fā)氣體電離而產(chǎn)生的，它由電子、離子、自由基、激發(fā)態(tài)物種等活性物種組成。之所以被稱為等離子體，是因?yàn)殡娮印㈦x子、自由基、激發(fā)態(tài)物種等活性物種的正負(fù)電荷總量相等。圖1(a)、（b）分別給出了冷等離子體裝置示意圖和冷等離子體引發(fā)后的紅外照片[9]。冷等離子體分為Ⅰ、Ⅱ兩個(gè)區(qū)，生物分子溶液放在Ⅱ區(qū)進(jìn)行處理。在冷等離子體中，電子溫度高達(dá)104～105K，但主體溫度卻維持在45℃以下，特別是樣品所在的Ⅱ區(qū)更是在室溫上下[圖1(b)]，這也是其被稱為冷等離子體的原因。冷等離子體的低溫操作特性可有效避免高溫下易于發(fā)生的生物分子破壞以及材料團(tuán)聚、燒結(jié)、孔道塌陷等問(wèn)題[20-25]。

冷等離子體誘導(dǎo)制備生物材料是將冷等離子體與生物分子自組裝相結(jié)合，在常壓、室溫條件下，利用冷等離子體的活性物種（電子、離子、自由基、激發(fā)態(tài)物種）對(duì)生物分子自組裝加以誘導(dǎo)[9,26]。冷等離子體誘導(dǎo)法是在水溶液中進(jìn)行，不需任何酸、堿、有機(jī)溶劑等。這種方法簡(jiǎn)單、易操作，只是將生物分子溶液放入冷等離子體中處理10 min，而后在常壓條件下經(jīng)過(guò)數(shù)小時(shí)恒溫培養(yǎng)（37℃），就可制備出生物材料。Pan等[9]利用冷等離子體誘導(dǎo)多肽分子自組裝制備出均一的薄膜。

多肽分子是由氨基酸分子通過(guò)酰胺鍵（又稱肽鍵，CO—NH）連接在一起形成的生物分子，它是構(gòu)筑蛋白質(zhì)大分子和更為復(fù)雜生物體的基本單元[10]。不同的氨基酸分子數(shù)量、不同的氨基酸分子排列順序、不同的氨基酸分子種類可構(gòu)筑出不同的多肽分子[10-11]。利用這些多肽分子可構(gòu)筑出具有不同結(jié)構(gòu)、不同尺度、不同形貌和不同物理化學(xué)性質(zhì)的生物材料[13]。通過(guò)對(duì)多肽分子的結(jié)構(gòu)、組成、官能團(tuán)等進(jìn)行調(diào)變，可實(shí)現(xiàn)對(duì)生物材料的結(jié)構(gòu)、尺度、形貌以及物理化學(xué)性質(zhì)的可控定向調(diào)變[13]。

Pan等[9]所使用的多肽分子是Ab16-22。Ab16-22含有7個(gè)氨基酸分子，它是淀粉樣蛋白質(zhì)分子的核心部分。為了方便起見(jiàn)，Pan等[9]將未經(jīng)過(guò)冷等離子體處理和冷等離子體處理的Ab16-22分子溶液分別命名為C-Ab16-22和P-Ab16-22。圖2給出了C- Ab16-22和P -Ab16-22在恒溫培養(yǎng)不同時(shí)間后的原子力顯微鏡（AFM）照片。如圖2(a)所示，24 h恒溫培養(yǎng)后，在C-Ab16-22中出現(xiàn)了很多亮點(diǎn)和短棒，其中短棒是由幾個(gè)亮點(diǎn)組合而成的。72 h恒溫培養(yǎng)以后，C-Ab16-22中出現(xiàn)了寬度在20～80 nm的纖維。當(dāng)恒溫培養(yǎng)時(shí)間延長(zhǎng)至120 h，C-Ab16-22中纖維寬度增加到40～160 nm，且纖維呈現(xiàn)竹葉狀。P-Ab16-22中的情況與C-Ab16-22中有很大的不同。24 h恒溫培養(yǎng)后，在P-Ab16-22中就出現(xiàn)了大量纖維。隨著培養(yǎng)時(shí)間的增加，纖維逐漸結(jié)合在一起。如圖2(b)所示，120 h的恒溫培養(yǎng)后，P-Ab16-22中出現(xiàn)了薄膜。圖2(c)給出了120 h恒溫培養(yǎng)后，C-Ab16-22中纖維的高度分布圖，圖2(d)中則是120 h的恒溫培養(yǎng)后P-Ab16-22薄膜的高度分布圖。這些高度分布圖由AFM照片分析得到。C-Ab16-22中纖維的高度在(1.21±0.40)nm，而P-Ab16-22中薄膜的高度在(1.03±0.14)nm。C-Ab16-22和P-Ab16-22的圓二色譜（CD，圖3）幾乎相同，都在196和217 nm出現(xiàn)了峰值，這是典型的氫鍵-折疊結(jié)構(gòu)[9, 27]。

C-Ab16-22和P-Ab16-22兩者的pH相同（7.0左右），兩者的恒溫培養(yǎng)溫度和時(shí)間相同，兩者的多肽分子濃度相同，兩者都是水溶液，兩者都未使用酸、堿、有機(jī)溶劑等，但是兩者的自組裝產(chǎn)物卻有很大差別。Pan等[9]將造成這一差別的原因歸結(jié)于冷等離子體內(nèi)部的電子。電子與P-Ab16-22中的水分子形成水合電子（hydrated electrons）。正是這些水合電子使得纖維組合成為薄膜。圖4是P-Ab16-22中，Ab16-22分子自組裝形成薄膜的機(jī)理示意圖[9]。如圖4所示，Ab16-22分子有兩個(gè)不同的尾端，分別是COOH端和NH2端，這兩個(gè)端通常被稱為C端和N端。Ab16-22分子通過(guò)氫鍵結(jié)合成為纖維。纖維要想進(jìn)一步組合成為薄膜，必須要通過(guò)C端和N端的相互作用來(lái)實(shí)現(xiàn)。纖維之間組合有3種不同的方式：Ⅰ、Ⅱ和Ⅲ。Ⅰ通過(guò)C-C和N-(水合電子)-N作用，Ⅱ通過(guò)C-N作用，Ⅲ通過(guò)C-C和N-N作用。Pan等[9]通過(guò)密度泛函理論計(jì)算發(fā)現(xiàn)，在CC、C-N、N-N和N-(水合電子)-N作用中，C-C和N-(水合電子)-N作用遠(yuǎn)強(qiáng)于C-N和N-N作用。因此，纖維通過(guò)方式Ⅰ組合成薄膜。方式Ⅱ和Ⅲ可能是C-Ab16-22中形成纖維的主要方式。在C-Ab16-22中，由于沒(méi)有水合電子，無(wú)法實(shí)現(xiàn)N-(水合電子)-N作用，因此沒(méi)有形成形成薄膜[9]。

水合電子是由電子和水分子組成的化學(xué)性質(zhì)極其活潑的一種物質(zhì)[28-30]。20世紀(jì)60年代，科學(xué)家利用動(dòng)力學(xué)和光譜等手段證實(shí)了水合電子的存在。有關(guān)水合電子與多肽、蛋白質(zhì)等生物分子作用以及對(duì)生物分子自組裝影響的研究始于20世紀(jì)70年代[28-29]。多肽和蛋白質(zhì)等生物分子具有兩個(gè)尾端，即COOH端（C端）和NH2端（N端）。在生物分子溶液中，N端會(huì)結(jié)合一個(gè)質(zhì)子而帶有正電荷。在水合電子存在的情況下，N端會(huì)結(jié)合水合電子而成為帶有負(fù)電荷的基團(tuán)。在沒(méi)有水合電子時(shí)，生物分子自組裝通常會(huì)制備出纖維。纖維的形成是沿兩個(gè)方向進(jìn)行的。沿著生物分子鏈的方向，兩個(gè)生物分子通過(guò)C端與C端間的氫鍵作用結(jié)合在一起。沿著垂直于生物分子鏈的方向，生物分子間通過(guò)氫鍵、范德華力、靜電作用、親疏水作用以及p-p作用等結(jié)合到一起。如果想讓纖維沿著生物分子鏈的方向繼續(xù)組裝成膜或其他材料，就需要N端與N端的結(jié)合。但由于電荷排斥作用，帶有正電荷的兩個(gè)N端無(wú)法結(jié)合在一起。因此，傳統(tǒng)的生物分子自組裝只能得到纖維。在水合電子出現(xiàn)時(shí)，部分N端結(jié)合水合電子，從而帶有負(fù)電荷，而部分N端依然帶有正電荷。這樣，沿著生物分子鏈方向，纖維就可通過(guò)N端與N端之間的正負(fù)電荷作用結(jié)合到一起。這表明，在利用水合電子促進(jìn)生物分子自組裝的過(guò)程中，控制水合電子的量是關(guān)鍵，水合電子不能太多，太多會(huì)讓所有N端轉(zhuǎn)變成負(fù)電荷基團(tuán)。但傳統(tǒng)的水合電子制備方法很難控制水合電子的生成量。另外，傳統(tǒng)的水合電子制備方法所制備出的水合電子能量過(guò)高，容易破壞生物分子的結(jié)構(gòu)，使生物分子鏈斷裂[30]。在控制水合電子產(chǎn)生量以及控制水合電子能量方面，冷等離子體法具有獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)。研究表明，冷等離子體法可控制水合電子的產(chǎn)生量以及水合電子的能量。冷等離子體法制備出的水合電子僅與生物分子結(jié)合，并不會(huì)破壞生物分子的結(jié)構(gòu)、鏈長(zhǎng)、氨基酸數(shù)量和氨基酸排列順序。但冷等離子體法制備的水合電子如何與生物分子結(jié)合，如何在不破壞生物分子結(jié)構(gòu)的前提下促進(jìn)其自組裝成膜，需要進(jìn)一步的研究。

3 冷等離子體誘導(dǎo)制備金屬/生物復(fù)合材料

為了改進(jìn)生物材料的性能，往往需要在生物材料中加入Pt、Pd、Au、Ag等金屬納米顆粒，以構(gòu)筑出金屬/生物復(fù)合材料。金屬生物復(fù)合材料兼有生物材料和金屬納米顆粒的特性。如Li等[31]將蛋白質(zhì)自組裝合成的纖維與Au納米單晶復(fù)合。這一復(fù)合材料具有可控的熒光和導(dǎo)電性。當(dāng)Au納米單晶的濃度低于87%時(shí)，復(fù)合材料的導(dǎo)電性低于10-8S·cm-1，當(dāng)Au納米單晶的濃度高于87%時(shí)，復(fù)合材料的導(dǎo)電性可達(dá)103S·cm-1 [31]。

傳統(tǒng)的制備金屬/生物復(fù)合材料的方法包括3步：合成生物材料、金屬離子與生物材料復(fù)合、還原金屬離子以制備金屬納米顆粒。這一傳統(tǒng)方法較為復(fù)雜且難于控制，特別是還原過(guò)程。常用的還原方法包括高溫H2還原、化學(xué)還原和光致還原。這些方法可實(shí)現(xiàn)對(duì)金屬離子的還原，但這些方法或者使用高溫，或者使用硼氫化鈉等刺激性和破壞性極強(qiáng)的化學(xué)還原劑，或者使用紫外光照射，這都容易破壞生物材料的結(jié)構(gòu)和物理化學(xué)性質(zhì)，從而影響金屬/生物復(fù)合催化劑的性能。金屬納米顆粒常位于生物材料表面，與生物材料的相互作用較弱，因此，金屬納米顆粒易聚集。這會(huì)嚴(yán)重影響復(fù)合材料的性能。必須探索、開(kāi)發(fā)新方法，實(shí)現(xiàn)金屬納米顆粒與生物材料的有效復(fù)合，增強(qiáng)金屬納米顆粒與生物材料之間的相互作用。

Yan等[26]將冷等離子體誘導(dǎo)法應(yīng)用在制備金屬/生物復(fù)合材料中，取得了很好的效果。他們利用冷等離子體誘導(dǎo)多肽分子自組裝制備了含有尺寸小于10 nm、分散性極好的金屬納米顆粒的金屬/生物復(fù)合材料。Yan等[26]使用的多肽分子為Ab16-20。冷等離子體誘導(dǎo)多肽分子自組裝制備金屬/生物復(fù)合材料的過(guò)程非常簡(jiǎn)單。以Au/生物材料的冷等離子體誘導(dǎo)制備過(guò)程為例，首先將Ab16-20（100mmol·L-1）和HAuCl4（5mmol·L-1）混合溶液放入冷等離子體中處理8 min，而后經(jīng)過(guò)恒溫培養(yǎng)（37℃）數(shù)小時(shí)，就可制備出Au/生物復(fù)合材料[26]。圖5(a)給出了Au/生物復(fù)合材料的透射電子顯微鏡（TEM）照片。在不加入HAuCl4時(shí)，冷等離子體誘導(dǎo)Ab16-20分子自組裝成為薄膜。加入HAuCl4之后，在Ab16-20分子自組裝生成的薄膜上面出現(xiàn)了尺寸為(2.5 ± 0.6) nm、分散性極好的納米顆粒。通過(guò)高倍TEM照片[圖5(b)]可以發(fā)現(xiàn)，這些納米顆粒上的晶格條紋間距是0.236 nm，對(duì)應(yīng)Au（111）面[26]。因此，Ab16-20分子自組裝生成的薄膜上出現(xiàn)的納米顆粒是Au納米顆粒。

為了更好地理解Au/生物復(fù)合材料的形成過(guò)程，Yan等[26]做了兩個(gè)對(duì)比實(shí)驗(yàn)：實(shí)驗(yàn)1和實(shí)驗(yàn)2。在實(shí)驗(yàn)1中，他們首先使用冷等離子體將Au離子還原成為Au納米顆粒，接著將Ab16-20分子放入含有Au納米顆粒的溶液中，利用冷等離子體誘導(dǎo)Ab16-20分子自組裝。圖5(c)的TEM照片顯示，在實(shí)驗(yàn)1中并沒(méi)有形成薄膜，僅形成了一些Au納米顆粒。在實(shí)驗(yàn)2中，Yan等首先利用冷等離子體誘導(dǎo)Ab16-20分子自組裝制備薄膜，而后將Au離子放入含有薄膜的溶液中進(jìn)行冷等離子體還原。從圖5(d)的TEM照片可以看出，實(shí)驗(yàn)2中Au納米顆粒并未與多肽薄膜復(fù)合。通過(guò)實(shí)驗(yàn)1和實(shí)驗(yàn)2，Yan等推斷，Ab16-20分子自組裝成薄膜與Au納米顆粒的成核和生長(zhǎng)是同時(shí)進(jìn)行的，且Au納米顆粒嵌入到薄膜中，兩者之間具有很強(qiáng)的相互作用[26]。

為了觀察Au離子濃度對(duì)Au/生物復(fù)合材料中Au納米顆粒的尺寸、形貌的影響，Yan等[26]改變了復(fù)合材料制備時(shí)所使用的Au離子的濃度。他們發(fā)現(xiàn)，當(dāng)Au離子的濃度從100mmol·L-1增加到200mmol·L-1，再增加到500mmol·L-1時(shí)，Au/生物復(fù)合材料中Au納米顆粒的平均尺寸從3.2 nm增加到4.7 nm，再到19.4 nm[26]。因此，通過(guò)調(diào)控Au離子的濃度可以改變Au/生物復(fù)合材料中Au納米顆粒的尺寸。除了Au/生物復(fù)合材料之外，Yan等[26]還利用冷等離子體誘導(dǎo)多肽分子自組裝制備了Pt/生物、Pd/生物等復(fù)合材料。

冷離子體誘導(dǎo)生物分子自組裝制備金屬/生物復(fù)合材料時(shí)，除了冷等離子體的活性物種（電子、離子、自由基、激發(fā)態(tài)物種）、多肽分子、金屬離子、水之外，不需任何酸、堿、有機(jī)溶劑，不需高溫焙燒，不需高溫H2還原、化學(xué)還原或光致還原。這暗示冷等離子體的活性物種既可誘導(dǎo)多肽分子自組裝制備生物材料，也可有效還原金屬離子，促進(jìn)金屬納米顆粒的成核和生長(zhǎng)，促進(jìn)金屬納米顆粒和生物材料復(fù)合[26]。但是，冷等離子體的活性物種如何與多肽分子、金屬離子反應(yīng)，如何影響多肽分子自組裝和金屬離子還原，如何促進(jìn)金屬納米顆粒成核和生長(zhǎng)，如何促進(jìn)金屬納米顆粒和生物材料復(fù)合等，這些與冷等離子體誘導(dǎo)制備金屬/生物復(fù)合材料過(guò)程機(jī)理有關(guān)的科學(xué)問(wèn)題尚不清楚，有待于更為深入和全面的研究。

4 結(jié)論與展望

室溫條件下冷離子體誘導(dǎo)生物分子自組裝在生物材料制備中展現(xiàn)出良好的應(yīng)用前景。通過(guò)冷等離子體誘導(dǎo)生物分子自組裝已經(jīng)制備出了厚度為（1.03±0.14）nm的薄膜，制備出了含有尺寸小于10 nm、分散性極好的金屬納米顆粒的金屬/生物復(fù)合材料。在冷等離子體誘導(dǎo)生物分子自組裝過(guò)程中，除了冷等離子體、生物分子、金屬離子、水之外，不需任何酸、堿、有機(jī)溶劑，不需高溫焙燒，不需高溫H2還原、化學(xué)還原或光致還原。這實(shí)現(xiàn)了生物材料制備過(guò)程的簡(jiǎn)單化、低溫化、綠色化。但是相關(guān)的研究剛剛起步，許多科學(xué)問(wèn)題，特別是與制備過(guò)程機(jī)理相關(guān)的問(wèn)題仍然未知，需要更為深入系統(tǒng)的研究。這些問(wèn)題一旦得到解決，必定會(huì)實(shí)現(xiàn)生物材料的定向、可控、宏量制備。

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Perspective on cold plasma-induced self-assembly biomolecules approach to biomaterials

PAN Yunxiang1, 2, SUN Zhengqing2, DUAN Mingyu2, LIU Changjun1

(Collaborative Innovation Centre of Chemical Science and EngineeringSchool of Chemical Engineering and TechnologyTianjin UniversityTianjinChina;School of Chemistry and Chemical EngineeringHefei University of TechnologyHefeiAnhuiChina

The biomaterials are promising for water treatment, gas sensor, energy storage and photocatalysis. However, the traditional preparation processes of the biomaterials are complex, and require toxic organic reagents. Simple and green preparation methods for biomaterials are highly desired. The cold plasma-induced self-assembly of biomolecules at room temperature is simple and green, as it does not use organic reagent, and does not require calcinations, H2reduction, chemical reduction and photoinduced reduction. By using the plasma-induced self-assembly, biofilm with a height of （1.03±0.14）nm and metal/biomaterial composites with highly dispersed metal nanoparticles (< 10 nm) have been successfully fabricated. However, many fundamental issues about the cold plasma-induced self-assembly, especially its mechanism, are still unsolved. A deep understanding on these problems will allow for controllable and massive syntheses of biomaterials.

nanomaterial; peptide; biofilm; cold plasma; self-assembly

2015-05-21.

Prof. LIU Changjun, coronacj@tju.edu.cn.

10.11949/j.issn.0438-1157.20150662

TB 34；TQ 033

A

0438—1157（2015）08—2824—07

劉昌俊。

潘云翔（1981—），男，教授。

國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目重大研究計(jì)劃重點(diǎn)支持項(xiàng)目（91334206）。

2015-05-21收到初稿，2015-05-28收到修改稿。

supported by the National Natural Science Foundation of China (91334206).