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自然界中的有機-無機粒子依靠自身或者外界的少量能量，通過自驅(qū)動組裝的形式構(gòu)成了許多獨特的材料和物質(zhì)，如人體組織中最堅硬的牙釉質(zhì)，具有復雜形態(tài)的顆石藻的鈣化層。這類有序的納米級結(jié)構(gòu)常表現(xiàn)出尖刺、網(wǎng)狀、扭曲和分形多種形態(tài)，并構(gòu)成了軟質(zhì)組織中的超強物理性能結(jié)構(gòu)，然而這類迷人的分層組織粒子是如何構(gòu)建的呢？

蘭州大學口腔醫(yī)學院副教授馬宇博士與美國密西根大學、上海交通大學和巴西圣卡洛斯聯(lián)邦大學等多家單位科研人員合作，在基于金-半胱氨酸的有機-無機體系，以自組裝方法制備了多級復雜結(jié)構(gòu)并具有強烈手性發(fā)光的手性粒子。通過多種計算機模擬手段揭示了這種多層次手性結(jié)構(gòu)的組裝是依賴靜電斥力和材料彈性限制的平衡獲得。此外，一般情況下，人們對于微納結(jié)構(gòu)復雜程度的判斷往往依賴于視覺信息，因此會造成一些偏差。為了嘗試解決這個問題，這項研究開拓性地通過發(fā)展數(shù)學圖論的方法量化了配體含量和成核溫度對最終合成粒子形態(tài)復雜程度的影響。

該研究工作是手性等離子體納米結(jié)構(gòu)和生物啟發(fā)組裝研究領(lǐng)域的重大突破，有助于人們理解生物納米復合材料結(jié)構(gòu)中多樣性的起源，并為集成納米結(jié)構(gòu)的多樣化構(gòu)筑指明了道路。

該項研究成果“Emergence of complexity in hierarchically organized chiral particles”（《層次結(jié)構(gòu)手性粒子復雜性的出現(xiàn)》）于4月9日在美國Science雜志以“First Release（初版）”形式在線發(fā)表。該研究論文的通訊作者是美國密西根大學Nicholas Kotov教授和巴西納米技術(shù)國家實驗室André F. de Moura教授，蘭州大學馬宇副教授為該論文的作者之一，蘭州大學口腔醫(yī)學院為共同完成單位。該研究成果的發(fā)表標志著口腔醫(yī)學院在手性仿生納米復合結(jié)構(gòu)領(lǐng)域的研究躋身于國際水平，彰顯了口腔醫(yī)學院的人才引進工作取得了顯著成效。

分層結(jié)構(gòu)手性粒子（圖片來源：Science）

新聞背景：

馬宇，博士、副教授，碩士生導師。在2019年6月以人才引進方式進入口腔醫(yī)學院（口腔醫(yī)院），在承擔口腔材料學和先進口腔材料制備方法等教學工作的同時，從事生物醫(yī)用功能復合材料等交叉學科研究。任中國衛(wèi)生信息與健康醫(yī)療大數(shù)據(jù)學會口腔專業(yè)委員會委員，中華口腔醫(yī)學會會員，中國書法家協(xié)會會員。主持或參與國家自然基金面上項目、“雙一流引導專項”引進人才啟動項目、中央高校基本業(yè)務費項目等科研項目三項，在Science, ACS Appl. Mater. Interfaces等學術(shù)期刊發(fā)表論文十余篇，申請國家發(fā)明專利兩項，指導研究生兩人。