壳聚糖/Fmoc-FF自组装水凝胶的制备及其流变性研究

九芴甲氧羰基-二苯丙氨酸(Fmoc-FF)自组装水凝胶作为一种新型肽类材料,存在许多潜在应用,但因其自组装可调控性差,对酶稳定性差等特点严重制约了其在生物、医学等领域的应用。壳聚糖具有良好的成膜性、低毒性、生物相容性、体内可降解性以及一定的抗菌抗肿瘤等优异性能,广泛应用于水凝胶的制备。本研究以壳聚糖作为Fmoc-FF自组装的调控剂制备了自组装复合水凝胶,利用红外光谱(FT-IR)对其分子结构进行表征,扫描电镜(SEM)观察其微观形貌,旋转流变仪对其流变性能进行评价。结果表明,在研究范围内,体系中壳聚糖浓度为40mg/mL时,复合水凝胶形成最快,结构稳定性最好,对于Fmoc-FF自组装水凝胶的应用有了进一步的进展。     

聚电解质涂层丝素蛋白复合纳米纤维膜的制备与表征

本文以乙醇处理后丝素蛋白(SF)纳米膜为载体,通过逐层自组装方法制备SF-PEI(聚乙烯亚胺)涂层复合纳米纤维膜。通过SEM、FTIR、TG-DTA、XPS分别研究多层SF-PEI复合纤维膜的形貌、结构和性能。结果表明:少于5层SF-PEI涂层纤维膜保持良好的纤维形貌和基本特征,是理想的潜在重金属离子吸附材料。但继续增加自组装层数(6层SF-PEI),纤维表面有明显的粘附物,且纤维彼此间粘连严重,形貌恶化。IR、TG-DTA和XPS分析结果表明,PEI大分子已被吸附于SF表面,形成了多层自组装SF-PEI复合纤维膜,且复合膜中N1s以单峰的形式存在,反应了自组装后PEI中"N"元素的价态没有改变,说明自组装涂层纤维膜层与层之间主要是依靠简单的静电相互作用。通过控制自组装的层数,可以得到具有理想结构和性能的复合纳米纤维膜。     

自组装多肽支架材料的研究进展

多肽分子可以利用氢键、疏水性作用、π-π堆积作用等非共价键力自组装形成形态与结构特异的多肽分子聚集体,如分子积木、分子开关、分子涂料及纳米纤维等,由于多肽分子良好的生物相容性和可调控的降解性,自组装多肽在组织工程、药物缓释等方面表现出巨大的应用潜力。本文总体介绍了多肽自组装的几种结构模型及自组装的设计原则,重点叙述了自组装多肽作为组织工程支架材料的研究进展。     

手性超分子凝胶材料的研究进展

超分子凝胶作为一类新型的智能自组装软材料,从分子水平到微纳米水平的组装过程中,手性发挥了重要的作用.一般情况下,手性信号都是直接从分子转换到纳米纤维中,但也有一些有趣的现象,即混合两种对映体可以调控得到不同手性形态的纤维结构,甚至一些本身不具备手性的构筑块同样可以通过外界诱导得到具有手性结构的组装体.对纤维手性自组装机理的研究不仅揭示了分子手性到纤维微纳米手性转换这一重要过程,而且对新型的手性材料和微纳米器件的开发也有启发作用.有关微纳米水平的手性材料在手性识别、不对称催化、生物大分子结晶和无机材料的手性模板剂、生物医用等领域的应用研究也逐渐得到重视.主要综述了近二十年来有关手性超分子凝胶的研究,主要从凝胶因子的手性自组装、手性在分子水平和微纳米水平上的形貌调控和表征方法、超分子凝胶的手性应用几个方面进行概述,并对手性超分子凝胶的应用和研究前景进行了展望.     

氧化石墨烯增强的骨仿生静电纺左旋聚乳酸纳米纤维支架的制备及表征

利用静电纺丝技术制备了左旋聚乳酸/氧化石墨烯(PLLA/GO)复合纳米纤维毡。通过扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)、孔隙率测试、傅里叶红外光谱分析(FTIR)以及拉伸测试分别对PLLA/GO纳米纤维的形貌结构、孔隙率及力学性能进行了研究。将小鼠骨髓间充质干细胞(MSCs)种植在TSF/PLLA纳米纤维上,通过荧光显微镜分析和碱性磷酸酶(ALP)测试、SEM观察细胞在材料表面的生长以及矿物沉积情况评价复合纳米纤维的生物学性能。结果表明,与纯的PLLA静电纺纳米纤维支架相比,PLLA/GO复合纳米纤维支架的纤维直径显著减小,孔隙率增大,力学性能明显得到改善,拉伸强度和杨氏模量均高于纯PLLA纳米纤维支架将近3倍,而且能够更好地促进MSCs的粘附、增殖和分化。     

液相制备石墨烯/硫复合材料及其在锂硫电池正极中的应用

采用氧化石墨烯(grapheneoxide,GO)作为制备石墨烯的前驱体,通过液相还原自组装过程与硫纳米颗粒进行复合,获得了高性能的还原氧化石墨烯/硫(r GO/S)复合正极材料。利用扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)、X射线衍射仪(XRD)、拉曼光谱、X射线光电子能谱分析(XPS)等对材料微观形貌与结构进行表征。结果表明:硫纳米颗粒均匀分布在石墨烯片层间,并且硫纳米颗粒被石墨烯片层有效地封装,硫在35-r GO/S复合物中的质量分数高达83.6%。该35-r GO/S复合正极在0.2C电流密度下初始放电容量可达1197.3mAh·g^-1,经过200次循环后容量仍保持在730mAh·g^-1左右,表现出优异的循环性能。     

超低掺量氧化石墨烯的分散行为及其对水泥基材料结构与性能的影响

研究了氧化石墨烯(GO)纳米片层在水相及分散剂作用下的存在状态及分散行为，发现GO在水泥基材料中存在掺量大、成本高及应用效果不稳定不显著的主要原因是：GO纳米片层容易团聚导致其在水泥基体中分散不均匀。为此制备了两性聚羧酸分散剂(APC)及与GO的复合物(APC-GO)，研究发现GO在APCGO复合物中不再以团簇式聚集态存在，而是主要吸附在APC多支链分子上并呈现多支链状的分散状态，通过掺入APC-GO复合物引入与水泥质量比为0.0003%的超低掺量GO，能够显著提高水泥基材料的力学性能和耐久性。SEM显示掺入APC-GO的水泥基材料具有规整致密的微观结构形貌，说明了GO在水泥基体中能够均匀分散，且对水泥水化产物的形貌和结构具有规整性调控效果，研究结果对GO在水泥基材料中的应用具有指导意义。     

介孔二氧化硅/氧化石墨烯并用对天然橡胶性能的影响

胶乳法是制备石墨烯及其衍生物橡胶纳米复合材料最常用的方法,文中在胶乳法的基础上,将静电自主装的技术运用于石墨烯基/橡胶纳米复合材料领域,即,将正电荷的十六烷基三甲基溴化铵修饰的介孔二氧化硅纳米粒子(MCMNH4H)、表面带负电荷的氧化石墨烯、表面带负电荷的橡胶乳胶粒共混,使三者在水溶液中发生静电自组装制备了一种新型三元复合纳米材料。通过红外光谱、X射线衍射、扫描电镜等测试手段对制备的材料进行了结构表征,系统地研究了氧化石墨烯(GO)和MCM-NH4H对复合材料性能的影响。结果表明,MCM-NH4F和GO之间的协同作用极大地提高了复合材料的性能,当GO的用量为0.75phr时,复合材料的拉伸强度达到29.4 MPa,提高了32.6%,介电性能具有一定程度的提升。     

介孔二氧化硅/氧化石墨烯并用对天然橡胶性能的影响EI北大核心CSCD

胶乳法是制备石墨烯及其衍生物橡胶纳米复合材料最常用的方法,文中在胶乳法的基础上,将静电自主装的技术运用于石墨烯基/橡胶纳米复合材料领域,即,将正电荷的十六烷基三甲基溴化铵修饰的介孔二氧化硅纳米粒子(MCMNH4H)、表面带负电荷的氧化石墨烯、表面带负电荷的橡胶乳胶粒共混,使三者在水溶液中发生静电自组装制备了一种新型三元复合纳米材料。通过红外光谱、X射线衍射、扫描电镜等测试手段对制备的材料进行了结构表征,系统地研究了氧化石墨烯(GO)和MCM-NH4H对复合材料性能的影响。结果表明,MCM-NH4F和GO之间的协同作用极大地提高了复合材料的性能,当GO的用量为0.75phr时,复合材料的拉伸强度达到29.4 MPa,提高了32.6%,介电性能具有一定程度的提升。     

小分子硼酸肽的自组装

利用FMOC化学固相多肽合成法合成了3种含精氨酸的小分子硼酸肽(标记为BPs(1-3))。在生理pH下,含阳离子的硼酸肽可自组装形成有序超分子纳米组装体。二羟基酚染料茜素红与硼酸肽可特异性结合形成五元环硼酸酯,伴随荧光和颜色的显著变化,可进一步调控硼酸肽的自组装行为。通过扫描电镜研究茜素红调控前后硼酸肽的自组装形态,并用红外光谱和圆二色谱研究其自组装机理。结果表明,3种含精氨酸硼酸肽在生理pH下可自组装形成不同的超分子纳米组装体。通过茜素红的调控,茜素红/硼酸肽化合物,可自组装形成更有序,更精致的超分子聚集体。     

自组装技术在特殊形貌无机纳米材料制备中的作用

目前无机纳米材料的研究主要集中于低维无机纳米材料的制备,如纳米颗粒、纳米纤维等,其制备方法已相当成熟,而对高维特殊形貌无机纳米材料的研究相对较少。近年来,具有特殊形貌的高维无机纳米材料因独特的结构和表面性质在催化、太阳能电池、传感器、微波吸收、医学等领域展现出优于低维纳米材料的性能,但制备出的材料种类少,形貌不均一,可控性较差。因此,研究者们致力于特殊形貌无机纳米材料生长机理的研究,为材料制备提供有效的理论依据。制备无机纳米材料的方法有微乳液法、溶胶-凝胶法、电化学法、水/溶剂热法等。其中水/溶剂热法制备的无机纳米材料具有晶粒发育完整、粒度分布均匀、颗粒之间少团聚、原料价格较便宜的优点,因此被广泛应用于特殊形貌无机纳米材料的制备。自组装技术作为超分子领域的新概念,在制备特殊形貌的材料中发挥着重要作用,其主要作用是将低维的纳米结构单元通过氢键、范德华力、静电力等非共价键作用力进行连接而组装成各种复杂的层级结构。现已通过自组装技术合成了片状、棒状、花状、海绵状、树枝状等特殊形貌无机纳米材料。其中片状材料的生长过程如下:第一步是纳米颗粒的奥斯特瓦尔德熟化过程,第二步是熟化的纳米颗粒定向附着自组装成片状材料。棒状材料的生长过程出现了两种情况,第一种与片状形成过程相同,第二种则是先形成片状,然后片状发生卷曲形成棒状材料,棒状材料再定向附着自组装成长径比不同的棒状材料。花状、海绵状、树枝状等复杂形貌的形成则是基于片状或棒状材料,通过氢键自组装而成。自组装过程会受到表面活性剂或模板剂、溶剂、沉淀剂、酸碱度等因素的影响。研究者们发现利用水热法制备纳米材料时,引入合适的表面活性剂或模板剂,能够促使低维纳米结构单元进行有序自组装而形成结晶度好、尺寸均匀的特殊形貌纳米材料。通过改变表面活性剂或模板剂、溶剂、沉淀剂的种类和剂量及酸碱度等因素,影响纳米颗粒的生长方向、生长速率及颗粒之间的作用力,进而控制产品的形貌和尺寸。本文对近年来国内外利用自组装技术制备特殊形貌无机纳米材料的研究成果进行了介绍,分析讨论了自组装过程的影响因素,并对自组装制备特殊形貌无机纳米材料的发展方向和应用前景进行了展望,以期为制备性能优越的特殊形貌纳米材料提供参考。     

Au(111)表面DCDPP分子π-π堆叠的自组装特性研究

为了研究存在π-π堆叠对自组装结构的调控行为,本文利用超高真空扫描隧道显微镜研究了4,6,-二氯-2,5,-联苯嘧啶(DCDPP)分子在Au(111)上的自组装行为。DCDPP分子中旋转的5-苯环使分子中间能够存在π-π相互作用。在π堆叠,氢键等多种分子相互作用的竞争下,低覆盖度时,DCDPP在Au(111)上会形成一种链状结构和一种二维有序结构。而高覆盖度下,DCDPP将通过更高密度的自组装结构来克服高覆盖度带来的应力。这种由于不同分子间作用力和覆盖度导致不同的自主装结构的研究,对于有机电子器件的制备具有指导意义。     

乳液模板-自组装法制备石墨烯/聚苯乙烯导电复合材料

利用乳液模板-静电自组装法,以甲基丙烯酰氧乙烯氯化铵(DMC)接枝改性的聚苯乙烯阳离子微球(PS+ )为基体模板、石墨烯为导电介质,利用氧化石墨烯(GO)与PS+间强烈的静电相互作用直接在水中共组装,通过水合肼原位还原(in-situreduction)成功制备了纳米石墨烯片(GNs)填充的聚苯乙烯(PS)导电复合材料。复合材料断口扫描电镜(SEM)和电性能结果表明,静电自组装有利于形成较为完善的石墨烯导电网络,GNs/PS复合材料具有极低的导电逾渗值(0.09%(体积分数))和较高的饱和导电率(25.2S/m)。结合表面zeta电位、复合物微观形貌的表征,对组装机理和结构-性能关系进行了讨论。此外,热重热分析(TGA)结果表明,石墨烯的加入有效地改善了材料的热稳定性。     

乳液模板-自组装法制备石墨烯/聚苯乙烯导电复合材料

利用乳液模板-静电自组装法,以甲基丙烯酰氧乙烯氯化铵(DMC)接枝改性的聚苯乙烯阳离子微球(PS+)为基体模板、石墨烯为导电介质,利用氧化石墨烯(GO)与PS+间强烈的静电相互作用直接在水中共组装,通过水合肼原位还原(in-situ reduction)成功制备了纳米石墨烯片(GNs)填充的聚苯乙烯(PS)导电复合材料。复合材料断口扫描电镜(SEM)和电性能结果表明,静电自组装有利于形成较为完善的石墨烯导电网络,GNs/PS复合材料具有极低的导电逾渗值(0.09%(体积分数))和较高的饱和导电率(25.2S/m)。结合表面zeta电位、复合物微观形貌的表征,对组装机理和结构-性能关系进行了讨论。此外,热重热分析(TGA)结果表明,石墨烯的加入有效地改善了材料的热稳定性。     

作为药物载体的壳聚糖/氧化石墨烯中空微胶囊的制备

采用层层自组装法,以氧化硅微球为模板制备了壳聚糖(CS)/氧化石墨烯(GO)微球,去核后成功地制备了CS/GO中空微胶囊。研究了组装次数、壳聚糖浓度和交联剂京尼平对微球及中空微胶囊形貌的影响,并以布洛芬为药物模型研究了CS/GO中空微胶囊的载药性能及药物缓释性能。实验结果表明,CS/GO中空微胶囊具有完整的中空结构,粒径在760nm左右。增加包裹层数和提高包裹溶液中的壳聚糖浓度都可以增加囊壁的厚度。经交联处理后,CS/GO微胶囊的囊壁更加致密和完整,其对布洛芬的载药率从19%提高至72%,释药时间从10h延长至60h。     

静电纺丝法制备聚间苯二甲酰间苯二胺/氧化石墨烯复合纳米纤维膜及其性能研究

采用静电纺丝技术成功制备出聚间苯二甲酰间苯二胺(PMIA)/氧化石墨烯(GO)复合纳米纤维膜(PMIA/GO复合纳米纤维膜)。主要研究了GO的加入对PMIA/GO复合纳米纤维膜的结构、空气过滤性能和热稳定性的影响。实验结果表明,GO成功掺杂于PMIA/GO复合纳米纤维膜中,在GO的添加量为1.0%(wt,质量分数)时,PMIA/GO复合纳米纤维膜的空气过滤效率为97.79%,过滤压降为85.45Pa,玻璃化转变温度为299.8℃,具有较好的空气过滤性能和热稳定性。     

界面和溶剂对多肽二苯丙氨酸自组装的影响

多肽分子自组装是生物体中广泛存在的一种现象。自组装多肽分子成分简单,生物相容性好,但是自组装过程受多方面因素的影响。本研究借助扫描电子显微镜(SEM)对多肽二苯丙氨酸在不同界面上和不同溶剂中自组装的形貌进行了表征,圆二色谱仪(CD)、傅里叶红外光谱仪(FT-IR)分别对自组装后的二级结构以及官能团的特性等进行了表征。结果表明,二苯丙氨酸在甲醇溶液中形成α-螺旋结构,在六氟异丙醇中形成β-片层结构,且界面的不同也能调控二苯丙氨酸自组装成不同的结构,对于二苯丙氨酸自组装应用的研究有了进一步的进展。     

氧化石墨烯复合材料的研究现状及进展

氧化石墨烯(Graphene Oxide,GO)以其独特的二维纳米片层结构、超大的比表面积和亲水极性界面,使其在功能复合材料领域有着广泛的应用和发展前景。本文综述了近年来GO复合材料在增强增韧、吸附分离、光催化及生物医药等方面的研究现状及进展,介绍了GO调控高分子材料及水泥基体形成规整有序的微观结构形貌而产生显著的增强增韧效果的机理,分析了GO复合材料在吸附、催化、生物医药等方面作用原理,指出了GO增强增韧复合材料、GO吸附复合材料和GO光催化复合材料的应用前景和发展趋势。     

纳米TiO_2/纤维复合材料的热辐射性能研究

基于静电纺丝技术和逐层自组装技术制备得到了组装层数分别为0、2、4和6的纳米TiO_2/纤维复合材料。基于SEM和FT-IR等性能测试与理论计算方法,获得了纳米TiO_2/纤维复合材料的结构和热辐射性能。在结构方面,随着TiO_2组装层数的增多,纳米TiO_2/纤维复合材料的平均纤维直径增大,TiO_2在组装层中的百分比也增大;在热性能方面,纳米电纺纤维组装TiO_2(2层)后,红外光谱透过率和辐射热导率均显著减小;随着组装TiO_2层数的增多,纳米TiO_2/纤维复合材料的辐射热导率得到了进一步的减小,指出了这是由于纳米TiO_2颗粒表现出很强的散射和吸收消光的结果。     

有机共轭自组装材料及应用

超分子化学自组装的重要研究内容是组装体的分子设计、合成及其组装过程。为了构筑和调控某些具有特殊功能的超分子自组装体,针对不同的应用要求,可引入具有独特光电性质及刚性的有机π-共轭分子作为基本组装单元,通过超分子弱相互作用组装成功能性纳米/微米材料。总结了近年来国内外有机共轭分子的自组装行为,并介绍了其在纳米/微米光波导材料、有机小分子光电器件、分子机器及超分子传感器中的相关应用。