中文摘要：

在生物矿物形成过程中，有机组分的预组织及协同作用机制，对材料的结构形貌都会产生深刻影响。因此，研究矿化早期有机组分的相互作用机制，及结构化模板的形成及变化规律，对合成功能性无机纳米材料意义非常重大。本项目以典型的有机凝胶矿化体系为研究对象，模拟固态基质网络、水溶性生物大分子及特定微观矿化环境，实现对有机自组装体结构的合理构筑，并以此为模板诱导转录制备新型纳米仿生材料。拟着重解决如下关键性科学问题①凝胶矿化体系中，自组装模板的动态形成、结构衍变及实现无机材料可控生长的一般性规律。②凝胶矿化体系中的软硬模板效应，亚稳微空间内外的矿物离子扩散规律。通过多学科交叉研究，总结出不同有机组分在矿化体系中相互作用及组装规律，为仿生设计与合成具有特定结构和功能的材料和器件提供理论依据。

结论摘要：

生物矿化通常发生在类似凝胶的环境中，由基质网络形成的微矿化环境可有效的调控生物矿物生长和结构。本课题以灵活多变的聚合物和有机小分子作为晶体生长调节剂，在矿化早期形成多种类似凝胶的仿生矿化体系，并借助外界刺激条件变化成功诱导有序聚集体形成，制备了多种形貌结构新颖的仿生材料。研究成果对阐明凝胶网络、自组装体结构演化和受限微环境内矿化机理研究具有重要意义。本课题着重开展了以下研究工作(1) 在聚丙烯酸和有机染料协同调控的矿化溶液中，靠非共价键作用的凝胶网络容易受到溶液pH值影响，可自动组装形成螺旋状、一维及球状自组装体；应用此类“亚稳”模板可构建多种BaCO3晶体材料，如螺旋纳米管、线性纳米管和微球；结构分析表明，模板效应下组成基元的组装受到某种层度的限制，合成产物往往具有多晶而非单晶特性。(2)在PAH聚电解质调控的矿化溶液中，受限方解石沉底的溶解过程可形成类凝胶矿化体系，然后在结晶过程中合成异质结构CaCO3纳米线。其生长过程经历溶液-前驱物-固体，溶质浓度和聚合物空间分布可调节结晶热力学和动力学平衡，促进不同相的生成。(3) 成功将“聚阳离子电解质诱导的液态前驱物过程”拓展到BaCO3体系，早期微相分离过程可以形成类“胶体”矿化溶液，矿化过程受到反应-扩散过程的影响，最终可合成核-壳结构的BaCO3微球及超生长“亚晶”纳米线。同时，衬底界面上矿物质膜通过自组装形成同心环图案。(4) 借助由聚合物和生物分子预组装形成胶束状聚集体，并以此“纳米空间”富集溶质和无定形相，诱导溶液经历类似液态前驱物的矿化过程。在该体系中，矿化过程受到结晶驱动力和溶质扩散双重作用控制，可形成具有多种具有异质结构CaCO3枝晶。(5) 在磷酸化嵌段聚合物和图案化基质界面协同条件下，有效的调控了BaCO3超细纳米线的结构、阵列和生长方向，并通过引入荧光分子赋予阵列结构光致发光特性，为仿生设计与合成具有特定结构和功能的器件提供理论依据。