解析生物分子的结构,有助于理解生物分子在生物体内的作用机制,针对不同生物分子作用机制的不同,可以进一步开展相应疾病防治、药物设计、药物控制释放等研究。最常用的解析生物分子结构的方式是进行单晶衍射,需要提供衍射性能优异的单晶。然而,生物分子结晶一般较困难,传统的生物分子结晶方式存在原料样品需求量大,难以获得大尺寸晶体,晶体产品受操作条件影响大、成功率低等问题,因此,急需开发新型生物分子结晶技术。水凝胶膜具有生物相容性、高含水量、柔性等特性,有望在溶液中提供稳定的浓度场,可控调节界面传递性质和结晶微环境,实现高效结晶。本文首先使用PP膜作为基膜,选用AA、HEMA、NIPAM、MAA作为单体,PEGDA、PEGDMA、EGDMA为交联剂,在紫外光照下进行交联反应,使用孔隙填充法制备8种水凝胶复合膜。接触角实验表明,水凝胶层能显著降低异相成核能,促进成核。进一步,通过NaCl液滴蒸发实验表明,部分水凝胶材料对晶体形貌有调控作用,能得到尺寸更大、形貌更佳、尺寸均匀的晶体。筛选出调控结晶性能好的NIPAM-PEGDA(摩尔比1:2)复合膜。为避免基膜PP对凝胶调控结晶作用的影响,在此基础上,制备NIAPM-PEGDA水凝切片(HGS)进行后续实验。将HGS用于NaCl盐溶液吸附-结晶实验中,证明HGS能在盐溶液结晶过程中提供足够且均匀的成核位点,可作为调控溶液结晶的功能微平台。进一步将HGS引入二水合尿酸晶体(UAD)与模拟体液(SBF)的混合晶浆中,调控尿酸钠一水合物晶体(MSUM)的结晶过程和晶体形貌。研究表明,HGS的加入可以强化晶体转化过程,结晶时间从72h缩短为20h。同时,HGS还能促进晶体生长和晶体间团聚,能快速获得不同层级多尺度结构的晶体,形成与无HGS条件制备的晶体完全不同的全新晶习。本研究使用模拟软件Materials Studio模拟简化体系尿素的晶体形貌,几何优化表明选用COMPASS力场模拟偏差最小。使用AE模型获得尿素在真空中晶体形貌,以水作为溶剂,构建双层吸附模型,成功预测水溶液存在下的晶习。进一步对水凝胶聚合物网格中,尿素分子间的聚集情况和互作用进行分子动力学(MD)模拟。结果表明,多个小团簇的形式比一个大团簇内部作用更强,结构更加稳定,更有可能最终形成宏观晶体。这加深了对分子聚集和结晶过程的理解,为研制适宜聚合物网络尺度,调控内部或界面团簇的聚集形式、构建更稳定的结晶成核环境,提供了理论指导,对优化水凝胶材料分子尺度结构、提升结晶过程调控效果有重要意义。