生物矿化材料具有有机-无机复合的组成,精密调控的结构,因而具有常规材料所不可比拟的优点。模拟生物矿化合成的材料在化学工业、生物医药、环境保护、功能材料等领域展现出巨大的应用潜力。DNA是一个半刚性的右手双螺旋分子,能与阳离子相互作用形成多种液晶结构。研究DNA诱导的生物矿化,一方面能够复制DNA的螺旋外形并印迹其基团分布,具有材料学上的意义;另一方面对于研究DNA的性质如液晶结构等也具有重要意义。但是,为了维持DNA的双螺旋构象,溶液的pH需维持在4.3到11.9之间,此时常用作无机分子印迹的二氧化硅物种在溶液中带负电,无法与DNA多阴离子直接相互作用,需要一个中间物作为桥联。Che等人首次在介孔材料的合成体系中引入助结构导向剂(CSDA)的概念,并使用阴离子表面活性剂作为模板剂合成出了一系列不同结构的介孔材料AMS-n。本论文的工作基于助结构导向法,合成了不同的DNA诱导二氧化硅生物矿化材料,并研究其结构控制及形成机理。CSDA带正电的头部基团与DNA骨架带负电的磷酸基团相互作用,尾部的硅烷部分与其它硅源缩聚,在DNA诱导二氧化硅生物矿化过程中起到了桥联作用,同时,CSDA与DNA之间的相互作用是矿化产物结构控制的关键。二氧化硅的沉积在温和的条件(pH近中性、室温)下快速进行,类似于自然界中的生物矿化。在第一章中,详细的阐述本文的工作背景,综述了以下几部分的内容:1)二氧化硅生物矿化的研究现状;2)生物矿化材料的模拟合成;3)DNA分子的相关特性;4)DNA诱导生物矿化的研究现状。在第二章中,本文以DNA为模板转录合成了不同内部结构的二氧化硅介孔纤维。主要考察了溶液酸碱度对二氧化硅介孔纤维内部结构的影响。随着DNA溶液的pH由5.5、6.5变到11.5,磷酸根离子化程度不同导致模板DNA的聚集状态改变,转录产物也由带有平行孔道的二氧化硅介孔纤维、介孔管,变为带有单根孔道或相互缠绕的多根孔道的二氧化硅介孔纤维。萃取后可以得到功能化的二氧化硅介孔纤维,诱导CD信号说明可能存在基团手性印迹。在第三章中,本文使用一种季胺盐阳离子硅烷作为DNA缩合剂和助结构导向剂,得到了p4mm和p6mm两种结构的DNA-二氧化硅有序组装体。组装体的结构可以通过合成体系中DNA的浓度调变。依据Kornyshev和Leikin关于螺旋型分子紧密作用的理论,在DNA-DNA分子间距离较小的情况下(25 ?),相邻DNA分子发生方向错位,正负电荷形成“拉链”。加上对角线方向上的二氧化硅壁阻隔和较大的DNA-DNA分子间距离,导致通常不稳定的p4mm成为稳定的堆积。而p6mm堆积则是因为二氧化硅在DNA表面的沉积,屏蔽了表面电荷的螺旋分布,使得DNA分子按照表面均匀棒状分子的方式进行二维六方紧密堆积。p4mm结构的片状组装体呈现六方外形,每个颗粒由若干个取向角度差约为60o的p4mm区域融合而成。通过对其形成时间过程的分析,我们发现p4mm结构是由p6mm结构转变而来的。第四章中,对本文的工作进行了总结,并对后续工作进行了展望。