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化学仿生学

化学仿生学. 蝙蝠的回声定位与雷达. 萤火虫与冷光. 化学仿生学. 在分子生物学迅速发展的推动下，化学和生物学之间产生的边缘学科。 在分子水平上 模拟 生物的功能，将生物的功能原理用于化学，借以改善现有的和创造崭新的化学原理和工艺的科学。. R. Breslow, D. D. Steven, Chem. Rev., 98 (1998) 1997. 化学仿生学. 对生命现 象的探索. 生物光化学 和生物电化学. 仿生物 信息传递. 生物有机 化学. 生物无机 化学. 郭奇珍，陈明德， 仿生化学， 北京：化学工业出版社.

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化学仿生学

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Presentation Transcript

  1. 化学仿生学

  2. 蝙蝠的回声定位与雷达

  3. 萤火虫与冷光

  4. 化学仿生学 在分子生物学迅速发展的推动下，化学和生物学之间产生的边缘学科。 在分子水平上模拟生物的功能，将生物的功能原理用于化学，借以改善现有的和创造崭新的化学原理和工艺的科学。 R. Breslow, D. D. Steven, Chem. Rev., 98 (1998) 1997.

  5. 化学仿生学 对生命现 象的探索 生物光化学 和生物电化学 仿生物 信息传递 生物有机 化学 生物无机 化学 郭奇珍，陈明德， 仿生化学， 北京：化学工业出版社

  6. Ⅰ. 酶 催 化(Enzyme )

  7. 酶的催化特性 1.专一性 酶的活性位点包括结合基团和催化基团。二者相互匹配，相互作用。 2.高效性 酶的存在引入了各种有利效应：临近效应，多元催化，微环境效应，诱导契合效应，底物变形效应. 3.反应条件温和

  8. 酶的催化特性 酶对热，酸，碱以及有机溶剂的不稳定性，限制了其在工业中的应用。 模 拟 酶 ----- 模拟酶的生物催化功能，用化学半合成法或化学全合成法合成的酶。 固 定 化 酶 ----- 结合到特定的支持物上并能发挥作用的一类酶。

  9. 固定化酶 水溶性酶 水不溶性载体 固定化技术 水不溶性酶 （固定化酶）

  10. 固定化酶 基本功能 Non-catalytic functions(NCFs) • 易于从反应体系中有效的分离回收 • 重复连续使用 Catalytic functions (CFs) • 对酶本身的催化性质进行调制 • 增强稳定性

  11. 酶固定化方法 • 非共价吸附或沉积 (noncovalent adsorption or deposition) • 包埋法 (entrapment in a polymeric gel, membrane,or capsule) • 共价固载 (covalent attachment) • 交联法 (cross-linking of an enzyme）

  12. 模拟酶 利用现有的酶或蛋白质做母体，引入相应的催化机团，形成酶的化学修饰物。 根据酶的作用原理来模拟酶的活性中心和催化机制，用化学方法制成的高效、高选择性、结构较简单、稳定性较高的新型催化剂。 以合成的高分子聚合物为母体，根据酶的活性部位结构，连接上所需的功能机团或金属配合物。

  13. 酶催化的现状 固定化酶 酶 大规模 工业生产 催化效率 大大降低 模拟酶 如何提高 催化效率

  14. Ⅱ. 仿 生 物 膜

  15. 生 物 膜 结 构 选择性通透。

  16. 仿 生 物 膜 仿生膜的研究，就是在充分了解和认识生物膜的组成、结构和功能，尤其是双磷脂层的结构和功能的基础上，设计与制造出与其组成或结构相似的仿生膜材料，模仿出生物膜的信息传输和识别功能。

  17. 海水的淡化 　　海水净化装置：模拟生物膜选择性透过原理，对海水、污水进行净化获得纯净淡水。

  18. 元素的富集 生物富集：生物通过非吞食方式，从而为环境蓄积某种元素或难降解的物质，使其在机体内浓度超过周围环境中浓度的现象。 （海带 富集碘） 人工膜富集稀有金属。

  19. 污 水 处 理 以处理含酚的废水为例，当包含着氢氧化钠水溶液的油珠被放到含酚的废水里时，靠着表面活性剂的帮助，形成了一种所谓的表面活性剂液膜，把水和废水隔开，而废水中的酚却能很快地通过液膜“钻入”水珠，与氢氧化钠反应生成酚钠，再也不能“回去”了。这种反应不断地使酚的浓度降低到零，从而把废水中的酚和水高效、快速地分离开来。

  20. 仿生膜的特点 • 低能耗、低成本和单级效率高 • 室温下，特别适合于热敏物质的分离 • 应用广泛 • 装置简单，操作方便，不污染环境

  21. Ⅲ. 仿生合成（Biomimetic Synthesis）

  22. 生物矿化--蛋壳的形成 J. L. Arias, Marterials Characterization 50 (2003 ) 189

  23. Templated synthesis 在合成过程中先形成有机物的自组装体，使无机物先驱体于自组装聚集体和溶液的相界面发生化学反应，在自组装体模板作用下，形成无机/有机复合体，再将有机物模板除去既可以得到一定形貌的无机材料。 仿生合成的最新进展就是无机物的模板合成。

  24. 无机材料的合成

  25. 纳米微粒的仿生合成

  26. 纳米材料自组装 Thomas Palberg. J. Chem. Phys. 1995 ,12, 102 R. M. Nyffenegger.Chem. Rev. 1997, 97, 1195-1230

  27. 仿生合成特点 • 提供了制备无机材料的新方法，使得纳米材料的合成朝着分子设计和化学裁剪的方向发展。 • 巧妙选择合适的无机物沉积模板是仿生合成的关键。

  28. 展 望 • 设计合成新物质、新材料、 新方法和新工艺 ； • 加深对生命现象和生命奥妙的认识。

  29. 参考文献 1, R. Breslow, D. D. Steven, Chem. Rev., 98 (1998) 1997. 2, K. HolmbergJ. Colloid and Interface science, 2004, 274, 355-364. 3, U.T. Bornscheuer et al.Angew. Chem. Int. Ed. Engl.2003, 42: 3336-3337. 4，J. L. Arias, Marterials Characterization 2003, 50, 189. 5，J. Thomas Palberg, Chem. Phys. 1995 , 12, 102 . 6，R. M. Nyffenegger, Chem. Rev. 1997, 97, 1195-1230. 7, J.M. Palomo, Enzym. Microb. Technol. 2004, 31:775-783.

  30. 参考文献 8, 罗贵民等编. 酶工程. 北京：化学工业出版社，2002. 9, 郭奇珍，陈明德， 仿生化学， 北京：化学工业出版社， 2003， 130. 10, 王乃兴，合成化学， 2004，131. 11, 崔福斋, 郑传林, 仿生材料, 北京：化学工业出版社， 2004，127. 12,朱丽 等， 化学工业与工程，2001， Vol. 18, 272

  31. 谢谢大家！

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