【正文】 通過對該膜層進(jìn)行化學(xué)改性并在其表面構(gòu)造納米結(jié)構(gòu)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，在不改變網(wǎng)孔大小的情況下，過濾膜可以呈現(xiàn)超親水性而使水滴快速擴(kuò)展，從而大大提高過濾效率。 ，表明其是超疏水的。在平面基底上，當(dāng)溫度在 25到40℃ 變化時，該表面的接觸角從 63o變?yōu)?93o（圖 ），這是由于在低臨界溶液溫度（ LCST）上下（大約 32—33℃ ）時分子內(nèi)氫鍵和分子鍵氫鍵競爭的結(jié)果。 一鏈長不同的烷酸被用在對銅膜層的表面自由能的調(diào)節(jié)上。如圖 。 ，呈現(xiàn)出優(yōu)異的超疏水性質(zhì)。因此， 盡管平面聚丙烯腈的膜層的接觸角只有 177。 ，其接觸 角可達(dá) 177。 聚合物，由于在加熱或溶解時具有良好的可塑性和流動性，它們非常容易加工 。 ，證明其腿呈現(xiàn)超級疏水的性質(zhì)，掃描電鏡照片顯示水黽腿部有大量取向的剛毛。進(jìn)一步的研究表明，在膜層中水平排列的碳納米管的作用類似于親水組分而有助于水滴的擴(kuò)展，而垂直排列的碳納米管陣列的作用類似于超疏水組分。▼ ,20μm，以及在平整硅基底○上的擴(kuò)展行為 各向異性的結(jié)構(gòu)及其特殊的潤濕性 Materials Chemistry II 可以預(yù)測在三維各向異性排列的分級微結(jié)構(gòu)表面將有著更加有趣的潤濕行為。 這中現(xiàn)象發(fā)生在稻葉上是因?yàn)槿橥坏母飨虍愋缘呐帕?。這種具有微納米分級結(jié)構(gòu)的膜層的的接觸角為166o左右，而其滾動角只有 3o。而在乳突上面還包含著平均直徑為 124nm左右的樹枝狀的結(jié)構(gòu)（圖 ）。 作為 Cassie狀態(tài)的一個特例 ——Lotus狀態(tài)：分級結(jié)構(gòu)； Gecko狀態(tài) ：在 Cassie狀態(tài)下，復(fù)合表面的空氣的是與環(huán)境連通的。 早在 1936年 Wenzel就認(rèn)識到了粗糙度對浸潤性的影響 ,他將 Young氏方程修改為： 式中 r定義為粗糙度因子，是指固體的真實(shí)面積與其投影表觀面積比， θw是粗糙表面的表觀接觸角 .對于 Wenzel方程，液體和粗糙固體表面接觸的部分是完全浸潤 ,由于粗糙度因子 r總是大于 1，（ 1） θ90o時， θw隨著表面粗糙度的增加而降低，表面變得更親液；（ 2） θ90o時， θw隨著表面粗糙度的增加而變大，表面變得更疏液。當(dāng)水滴滴到表面上后，能夠浸潤表面并鋪展開，同時接觸角 θ趨向于 0176。 三種表面上液滴的比較 Materials Chemistry II 影響固體表面浸潤性的因素：一是表面自由能，二是表面粗糙度。方程是研究浸潤性的基本公式，故又稱為浸潤方程。 結(jié)構(gòu)仿生體系的選擇 Materials Chemistry II 結(jié)構(gòu)對潤濕性的影響 — 從天然到人工合成 固體表面的浸潤性 浸潤性是固體表面的一個重要特征 影響固體表面浸潤性因素： 一是固體的表面微觀結(jié)構(gòu)，二是表面自由能 浸潤性相關(guān)的概念： 接觸角、滾動角、超親水表面、超疏水表面 Materials Chemistry II 接觸角 將液體滴在固體表面上，液體并不完全展開而在固體表面成一角度，即所謂的接觸角，以 θ表示 (圖 )。 圖 由多尺度的結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的四類具有特殊性質(zhì)的四類生物體系： （ a）自清潔性質(zhì)，（ b）機(jī)械性質(zhì)，（ c）色彩和（ d）光學(xué)性質(zhì) Materials Chemistry II 對于不同的生物體系，它們具有一些自身的獨(dú)特的性質(zhì)。 Materials Chemistry II 圖 利用（ ）合成 ATP 其中有趣的是關(guān)于圖解 所示的所有反應(yīng)步驟的可逆性。這一反應(yīng)迅速，因?yàn)榇蟓h(huán) 的兜狀構(gòu)象使氨基孤對電子離終端磷酸基團(tuán)很近 。這一過程釋放了大約 35kJ/mol的能量，導(dǎo)致酶的暫時磷酸化。底物 2萘基乙二醛與無環(huán)糊精參與相比，中等選擇性地重排為相應(yīng)的羥酸，表現(xiàn)出控制體系的有用性 (見圖 )。曾經(jīng)被引作 “ 人工酶 的第一個化合物就包含了環(huán)糊精，它是 Cu(Ⅱ )離子通過吡啶二羧基衍生的作用位點(diǎn) ()與其第二個面絡(luò)合的化合物。 Β環(huán)糊精與鐠（ Ⅲ ）的組合成功地模擬了腺苷酸環(huán)化酶的這一作用 。 環(huán)糊精催化的最有效的反應(yīng)之一是芳基和磷酸酯的水解。另外，這個體系的分子量在 2022Da以下，所以是一個 “ 小 ” 分子，因此催化的過程易于表征。此種化學(xué)的目標(biāo)有助于理解天然酶，工業(yè)催化的發(fā)展以及生化反應(yīng)的人為性規(guī)則。它們分別含有 8個吡喃葡萄糖苷結(jié)構(gòu)單元。與它們特別的任務(wù)相比，盡管酶具有相同的氨基酸構(gòu)筑單元，但每類酶都有別與其他類。與雙分子反應(yīng)相比，單分子過程僅僅導(dǎo)致了內(nèi)部旋轉(zhuǎn)熵的降低，所以在熵方面有利了 54~59kJ/mol。 ΔG2+cat（與未催化反應(yīng)活化底物的能量相比， [S]2+）。正是酶的三級結(jié)構(gòu)決定了結(jié)合點(diǎn)的有序性；而且，它還是酶結(jié)構(gòu)中最為靈活的部分，允許結(jié)合點(diǎn)因客體的結(jié)合而發(fā)生扭轉(zhuǎn)。式（ ）代表了全過程，而 E、 S和 P分別代表酶、底物和產(chǎn)物。隨模型體系的不斷發(fā)展，體系趨向于滿足 Dugas （ 1989）列出的許多基本要求： ?模型應(yīng)為底物提供一個疏水 鍵合點(diǎn)； ?模型應(yīng)為那些底物補(bǔ)充提供氫鍵或靜電鍵合點(diǎn)； ?適當(dāng)?shù)拇呋鶊F(tuán)應(yīng)與模型連接； ?模型的結(jié)構(gòu)應(yīng)是剛性的，并被很好地界定； ?模型應(yīng)該是水溶性的，在生理?xiàng)l件下具有催化活性的。 使得胞間信號轉(zhuǎn)換為胞內(nèi)信號 。生物體系，特別是酶，展現(xiàn)了大量需要在功能模擬模型體系中重現(xiàn)的典型特征： ① 酶可以在溫和的條件下引發(fā)快速的反應(yīng)； ②酶展現(xiàn)出對底物具有高度的結(jié)構(gòu)和手性識別； ③每個酶分子可以催化大量底物分子的反應(yīng)而本身不被破壞（高的轉(zhuǎn)化數(shù)）； ④對于那些與酶結(jié)合，但自身不反應(yīng)的化合物，酶很容易受到它們競爭性的抑制。 Materials Chemistry II 受體和底物： 受體： 細(xì)胞膜上或細(xì)胞內(nèi)能特異識別生物活性分子并與之結(jié)合 ， 進(jìn)而引起生物學(xué)效應(yīng)的特殊蛋白質(zhì) 。 Materials Chemistry II 生物模擬采取的策略 ① 體系體現(xiàn)底物或簡單對照物的有效鍵合特征，或展現(xiàn)生物反應(yīng)過度態(tài) 的對照，這被稱為 結(jié)構(gòu)模型 ； ② 在沒有酶鍵合特征的情況下進(jìn)行反應(yīng)（通常指分子間的）體系，這被 稱為 功能模型 。最初的結(jié)合是熱力學(xué)控制的平衡過程，具有高度選擇性，通常在誘導(dǎo)適配基礎(chǔ)上進(jìn)行的。 Materials Chemistry II 酶的結(jié)構(gòu)可以劃分成一級，二級和三級特征 。 酶的結(jié)構(gòu) Materials Chemistry II 酶二級結(jié)構(gòu)的特征 Materials Chemistry II 酶催化機(jī)制 酶催化的反應(yīng)能夠取得如此大的催化速率的關(guān)鍵在于酶是它催化的反應(yīng)的過渡態(tài)的結(jié)構(gòu)互補(bǔ)分子。一般來說，在非酶化學(xué)中，由于統(tǒng)計學(xué)效應(yīng)，分子內(nèi)反應(yīng)比它們對應(yīng)的雙分子反應(yīng)要快的多 ；例如，琥珀酸苯酯的分子內(nèi)反應(yīng)比乙酸與乙酸苯酯（濃度均為 1L/mol）的雙分子反應(yīng)快 105倍（圖 ）。和酶相連的活性基團(tuán)是這些溶劑化部位之一，因此，反應(yīng)物被帶入又一個最初的溶劑球，形成高親和力的接觸對，保持足夠長的時間使得反應(yīng)可以發(fā)生。也許在酶的表面遠(yuǎn)離結(jié)合點(diǎn)的大量官能團(tuán)也很重要，這些官能團(tuán)可以用來捕獲潛在的底物，提高它們向活化點(diǎn)擴(kuò)散的速度。六元 D吡喃葡萄糖苷環(huán)由邊對邊連接而成，環(huán)面全部向內(nèi)指向不同尺寸的疏水空穴中心。早期的工作表明 連接在環(huán)糊精空腔內(nèi)的酯基可以?；庪x子的 β環(huán)糊精， 如圖（ ）所示。在這種情況下，類酶的速率加速因子可達(dá)到 5900000，例如（ ）。環(huán)狀單磷酸腺苷 （ cAMP（ ））是細(xì)胞間傳遞的重要二級信使。這表明速率提高因子達(dá)到了 1013。 Materials Chemistry II 在主面上衍生的環(huán)糊精也已經(jīng)被用作酶模擬，特別是醛酮變位酶模擬。因此，對叔丁基苯基丙酮酸和苯基丙酮酸分別轉(zhuǎn)氨化到對叔丁基苯基丙氨酸和苯基丙氨酸的速率，比丙酮酸本身要快 15OOO倍和 1OO倍 (圖 ) 圖 由環(huán)糊精和吡哆胺輔酶進(jìn)行的轉(zhuǎn)氨化 由環(huán)糊精和吡哆胺輔酶進(jìn)行的轉(zhuǎn)氨化 Materials Chemistry II ATP酶的單環(huán)冠 核苷酸多磷酸酯，特別是 腺苷三 、雙 和單磷酸酯 (ATP、 ADP和 AMP)，是構(gòu)成大量生物過程能量循環(huán)的組成部分。整體的機(jī)理如圖 。天然 ATP酶需要 M