生物矿化是有机基质在生物体内环境中，从分子水平上精细调控形成具有结构复杂和性能优良生物矿物的过程。基于生物矿化机理发展起来的仿生合成法是在温和条件下，模仿生物体内无机物在有机物调控下的形成，避免了传统合成无机材料所使用的高温高压和强酸强碱等苛刻条件，属于典型的环境友好型合成技术。因此，利用仿生合成技术来制备结构可控的无机材料吸引了人们的广泛兴趣。　　研究表明，生物矿化的本质是有机大分子诱导无机晶体的矿化沉淀，通过有机大分子模板自组装诱导无机材料的仿生合成策略是材料学研究的热点。如何设计构造结构和功能近似于生物体的蛋白质分子，模拟体内环境为无机相多尺度的分级组装提供理想的模板是仿生合成无机材料的核心及主要任务。与其它矿化模板相比，基于仿生技术研究开发的多肽分子具有丰富组装驱动力、高催化活性和结构易改造的优点。基于此，本论文设计合成了分子结构简单的星形多肽和两亲性短肽分子，考察两类多肽在不同溶液环境中的自组装情况，并以多肽自组装体作为矿化模板，在不同物理化学条件（如多肽组成、浓度、多肽/离子类型和外力场等）下介导合成具有特定形貌的二氧化硅材料以及探讨其矿化机理，进而揭示仿生合成中“多肽分子结构一多肽组装体结构一二氧化硅矿化材料形貌”三者之间的关系。主要研究工作如下：　　(1)以星形多肽为有机模板介导合成二氧化硅材料　　(a)采用液相合成法制备了四种星形多肽共聚物聚乙烯亚胺一聚赖氨酸 PEIm-g-PLLn，具体包括PEI10-g-PLL1800、PEI10-g-PLL10000、PEI20-g-PLL1800和PEI20-g-PLL10000；　　(b)通过对星形多肽PEIm-g-PLLn在水溶液中的组装情况进行研究，发现它们能形成纳米球状结构和无规则卷曲二级结构；　　(c)以星形多肽PEIm-g-PLLn作为有机模板在温和条件下仿生合成二氧化硅材料，并考察了不同类型的无机离子对矿化产物形貌的影响。结果表明，以PEI10-g-PLL1800、PEI10-g-PLL10000和PEI20-g-PLL1800多肽在不同浓度和离子（CO32-、SO42-和PO43-）中均主要介导合成球状的二氧化硅材料；PEI20-g-PLL10000多肽CO32-、SO42-和PO43-离子中均主要介导合成纤维状的二氧化硅材料，但能在不同硅酸浓度与赖氨酸残基数的比例（δ）中诱导合成出具有特定形貌的二氧化硅材料：当δ=3时，PEI10000-g-PLL20能诱导形成表面光滑、尺寸规整的球状二氧化硅材料；当δ=5时，相邻球状颗粒间能发生粘连形成类似链状结构；当δ增大到11和18时， PEI10000-g-PLL20则分别介导合成出纤维状和六边形的片状二氧化硅材料；　　(d)形成具有特殊形貌的二氧化硅是星形多肽、无机离子和硅酸相互作用的结果，这种相互作用体现为：在无机离子的参与下，星形多肽促进硅酸的缩聚反应；而硅酸的缩聚过程也能够通过静电作用力等促进星形多肽形成有序结构。因此，星形多肽PEIm-g-PLLn、无机离子和硅酸参与了仿生合成二氧化硅的整个过程，而多肽在矿化过程中发挥着催化和导向的作用。　　(2)以两亲性短肽自组装体为有机模板介导合成二氧化硅材料　　(a)采用Fmoc–固相合成法制备了九种两亲性短肽XmK，具体包括A3K、A6K、A9K、V3K、V6K、V9K、I3K、I6K和I9K；　　(b)所设计合成的两亲性短肽 XmK在水溶液中能自组装形成不同形貌的纳米结构：A3K、A6K和A9K分别自组装成片状、管状和蠕虫状的纳米材料，其二级结构由无规则卷曲向β–折叠转变；V3K、V6K和V9K自组装体结构由纤维状向片状转变，而其二级结构均为β–折叠；I3K、I6K和I9K自组装体结构由管状向片状转变，而其二级结构也均为β–折叠；　　(c)以两亲性短肽XmK自组装体作为有机模板，在不同物理化学条件下仿生合成出具有特定矿化形貌的二氧化硅材料。其中，A3K、A6K和A9K多肽在温和条件下分别介导合成出球状、片状和棒状二氧化硅，外加电场作用后使AmK多肽均介导合成出纤维状结构二氧化硅材料；V3K、V6K和V9K多肽在温和条件下介导合成出带状和片状二氧化硅，外加电场作用后有利于VmK多肽均介导合成出尺寸更长的带状和纤维状结构二氧化硅材料；I3K、I6K和I9K多肽在温和条件下介导合成出管状和片状二氧化硅，外加电场作用后对I3K多肽的仿生合成影响不大，但有利于 I6K和I9K多肽介导合成出形貌均一的棒状二氧化硅材料。因此，通过调节两亲性短肽XmK分子疏水端功能基团的类型和链长，并配合自组装及仿生合成过程中矿化条件的调控，可介导合成出尺寸均一、形貌规整的二氧化硅材料；　　(d)两亲性短肽分子XmK介导二氧化硅材料有以下调控因素及矿化规律：I3K多肽由于自组装结构的稳定性，二氧化硅纳米颗粒直接在多肽自组装体表面有序沉积，最终矿化合成出与自组装体形貌类似的二氧化硅材料。而其它两亲性短肽的矿化过程则是先形成小的二氧化硅纳米颗粒，然后以其作为构筑基元，相互相邻的纳米粒子间发生缩合和长大，最终重组装形成比自组装体长度更长、粒径更大的二氧化硅材料。在仿生合成过程中，两亲性短肽自组装体通过有机–无机界面处的分子识别作用在二氧化硅的成核生长并有序地组装形成特殊结构方面发挥了重要作用。并且，虽然两亲性短肽尾部的疏水作用力在其自组装结构的稳定性中发挥着主要作用，但当两亲性多肽的疏水性进一步增强时，会打破原来自组装体系中亲水端和疏水端的平衡，氢键作用减弱，因而多肽自组装结构容易受矿化环境的影响；　　(e)本实验通过实现对二氧化硅材料的结构和形貌的精确调控，有利于两亲性短肽自组装体在仿生合成特定形貌的无机材料的应用，并使这一经验性实验向人为可精确调控的方向发展。　　本论文的研究成果有利于揭示生物矿化体系中有机大分子的组成结构与其介导无机矿化物及自组装结构之间的复杂关系，能为体外仿生合成特定形貌的无机材料提供了新的思路，对理解和掌握仿生合成的普适性规律也有较高的科学意义。