多功能超润湿材料的设计制备与应用

仿生超润湿材料是指类似自然界中生命体具有的特殊浸润界面性质的一类材料。近20年来,研究人员通过模仿自然,揭示了一系列超润湿界面材料的构建机理,设计制备了多种仿生超润湿材料,并将这些具有特殊表面浸润性能的材料拓展应用到了国防、军工、航空航天、建筑、农业、医疗、海洋防污等众多领域。本文首先介绍表面润湿现象的基础理论,接着从仿生的角度出发,介绍了以仿荷叶、鱼鳞、沙漠甲虫、猪笼草为代表的几种拥有不同表面浸润性能的材料,并总结了这几种材料的仿生设计原理、结构与性能的关系以及所面临的问题。综述了近年来仿生超润湿材料在防污抗菌、防雾防霜防覆冰、油水分离等方面的应用进展,最后展望了仿生超润湿材料的发展方向。     

水下超疏油仿生特殊粘附界面材料的研究进展

水下超疏油表面由于在防污材料、微流控技术、生物粘附等方面具有广泛的应用前景,已经引起人们的普遍关注。本文简单介绍了浸润性在液相体系的相关概念及基础理论,综述了自然界中的水下超疏油低粘附生物体典型实例以及水下超疏油仿生特殊粘附界面材料的仿生制备和智能调控,并对水下超疏油仿生界面材料的发展进行了展望。     

仿生超疏水性表面的生物应用

自然给科学家和工程师带来仿生的灵感和启发. 近年来, 受自然界中荷叶的启发, 在充分考虑表面形貌和化学组成协同效应的基础上, 人们已经制备出许多仿生超疏水性表面, 这些表面在抗结冰、微流体、生物相容性等领域具有很多潜在的应用价值. 仿生超疏水性表面在生物领域的应用逐渐崭露头角, 研究发现, 超疏水性表面所俘获的空气能够减缓药物释放的速率, 因此利用此类表面作为药物的载体有望实现长期供药. 超疏水特性能在一定程度改善和提高生物体与材料表面之间的相互作用, 例如, 血小板几乎不在超疏水表面上进行粘附和活化避免了造成血栓和血凝, 因此仿生超疏水性表面可用于制备人造血管和与血液相接触的仪器. 细胞和生物分子在不同特殊润湿性表面具有不同的行为和现象, 如粘附、繁殖、吸附等差异, 这有助于进一步探索研究细胞和生物分子的信息功能, 是当前仿生超疏水性表面应用的重要研究方向之一. 本综述简单介绍了经典的润湿模型, 重点总结了仿生超疏水表面在生物领域的应用, 其主要包括控制药物释放、提高血液相容性、蛋白质吸附研究、细胞行为研究、生物分子和细胞微图案化等. 最后, 对仿生超疏水性表面在生物领域研究应用进行了展望.     

超疏水性表面的制备及应用进展

近年来,受荷叶、水黾腿、壁虎脚等天然超疏水生物表面特性的启发,研究者们进行了大量仿生超疏水表面材料的制备及应用研究。超疏水性表面因其特殊的微纳分层结构,具有自清洁、防覆冰、防腐蚀、减阻等优异性能。本文阐述了表面润湿、疏水的基本机理,以及超疏水表面研究的理论基础,对超疏水表面制备的最新研究进展进行了综述,并揭示了研究中存在的问题。最后,介绍了超疏水表面在涂料、织物、防腐、抗菌及防雾等领域中的应用,展望了其未来的研究方向和前景。     

仿生鲨鱼皮黏液分泌超亲水功能表面的制备及性能

以聚乙二醇型非离子表面活性剂作为亲水改性剂,与聚氨酯丙烯酸酯预聚体复合,进一步通过紫外光固化等手段制备出仿生鲨鱼皮黏液分泌的超亲水功能表面.研究表明,在光固化聚氨酯体系中引入吐温20(Tween 20)、吐温40(Tween 40)、吐温60(Tween 60)、吐温80(Tween 80)、吐温85(Tween 85)或曲拉通X-100(Triton X100)等亲水改性剂,可获得具有稳定自修复功能的超亲水仿生功能表面,且展示出较好的透光性和防雾与油-水分离效果.该仿生鲨鱼皮黏液分泌超亲水功能表面的制备方法简单有效、绿色环保,为仿生超亲水表面材料的设计和制备提供了新思路,有望用于生物医用涂层、油-水分离及防污涂料等领域.     

仿生微纳米纤维黏附材料

自然界中功能与结构相统一的生物材料是人类社会创新的灵感源泉。在众多具有优异性能的生物材料中,具有特殊黏附性能的生物微纳米纤维一直是仿生研究领域的热点之一。生物微纳米纤维黏附现象是自然界中存在的一类奇特的现象,众多具有特殊黏附性质和功能的生物微纳米纤维材料在生物运动、防御和猎物捕获等方面都具有重要的作用。生物微纳米纤维黏附主要包括纤维尖端的黏附和表面的黏附,如壁虎脚刚毛尖端的黏附和蜘蛛丝表面的黏附。研究表明生物微纳米纤维黏附作用主要来源于其特殊的微纳米结构和表面性质。受自然界中具有特殊黏附性能的生物微纳米纤维启发,人们设计和开发了众多性能优异的仿生微纳米纤维黏附材料。微纳米纤维黏附材料在干态粘胶、高效集水和空气过滤等领域都具有重要的应用价值。本文综述了壁虎脚刚毛、蜘蛛丝等生物微纳米纤维的黏附机理及其相应仿生材料的研究进展,并对该领域未来的发展方向作了展望。     

表面引发聚合新进展及应用

综述了近年来聚合物刷合成与应用方面的新进展.简要介绍了利用表面引发原子转移自由基聚合(SI-ATRP)制备聚合物刷的历程和重要进展.重点论述了通过电化学、光诱导以及牺牲阳极技术、仿生合成等发展了多种表面引发ATRP新方法,基于如何将聚合物从分子尺度过渡到微米尺度的思考,实现了多尺度聚合物刷结构的制备.简要综述了聚合物刷在以下3个方面的应用研究:(1)智能驱动,利用聚合物刷构象变化,实现微悬臂驱动、辅助放大的电驱动以及仿毛毛虫运动.(2)生物润滑,利用聚合物的环境响应行为实现了对摩擦系数的调控,并发展了球刷型润滑材料.(3)表面防污,表面接枝含离子液体官能团的聚合物刷,并与仿生技术相结合,利用化学组成和结构化协同效应,得到一系列高性能低毒海洋防污界面材料.     

仿生制备功能性聚合物光子晶体

简述了自然界生物光子晶体经过不断的进化与演变而具有的一些特殊的性能,如亮丽的结构色彩、特殊的浸润性及高强度.受自然界生物光子晶体的这些特殊性能启发,通过对聚合物乳胶粒硬核软壳结构、表面功能基团及表面形貌的设计和调控等方法仿生制备了具有特殊浸润性的光子晶体;并在胶体晶体的聚合物乳胶粒间引入光交联聚合物,制备得到高强度的光子晶体;通过对蘑菇头形状乳胶粒两端的浸润性差异的设计制备,组装得到新型的各向异性结构的光子晶体.进一步发展了这些功能性光子晶体在湿度检测、油传感、自振荡体系等方面的应用.发展了通过喷涂、打印方法实现大面积、图案化聚合物光子晶体的简单制备.     

基于微纳结构液体灌注的超滑表面的制备与应用

超滑表面利用其基底上的微纳结构通过毛细作用将润滑油等液体锁定在孔隙中,孔隙中浸润的润滑油在基底形成一层动态油膜,油膜与不溶液体的液-液界面代替了固体与液体的固-液界面,从而大幅减少了滑动阻力。与传统具有类似低滚动角特性的超疏水和超疏油表面相比,孔隙中填充润滑油比空气具有更好的压力稳定性,而且润滑油的毛细流动性使得超滑表面具有良好的自修复能力。由于其明显的优势,近些年超滑表面已成为国际学术界研究热点,应用也拓展到防结冰、强化传热、减阻、抗生物黏附、微流控等领域。目前超滑表面研究仍存在重要挑战,例如如何避免润滑油的挥发带来的性能退化、如何针对各种材质和结构设计合适的加工工艺制备微纳结构等,这些问题限制了超滑表面的广泛应用。本文综述了超滑表面的制备工艺以及应用,分析了现存的问题,并且对超滑表面未来的发展趋势进行了展望。     

仿生超疏水性表面的研究进展*

仿生超疏水性表面的研究是化学模拟生物体系研究中的一个新领域。荷叶等植物叶面的超疏水现象为我们在不同基底上制备仿生超疏水性表面提供了实践基础。本文给出荷叶等三种植物叶面的超疏水性和微观结构，阐述了仿生超疏水性表面的研究进展。     

α-Amino acid derived enaminones and their application in the synthesis of N-protected methyl 5-substituted-4-hydroxypyrrole-3-carboxylates and other heterocycles

A new and simple synthesis of novel N-protected methyl 5-substituted-4-hydroxypyrrole-3-carboxylates, which exist in equilibrium with their 4-oxo tautomers, has been developed in two steps starting from N-protected α-amino acids. The key intermediates are enaminones, which can also be isolated, characterized, and used for the construction of other functionalized heterocycles, before they spontaneously decompose to pyrrole products. 4-Hydroxypyrroles are prone to partial aerial oxidation but can be efficiently alkylated or reduced to stable polysubstituted pyrrolidine derivatives.     

Specific intramolecular aromatic CH insertion of diazosulfonamides

The chemoselectivity in the intramolecular CH insertion of various diazosulfonamides has been experimentally studied. The results reveal that the aliphatic 1,4-, 1,5-, or 1,6-C(sp³)?H insertions of diazosulfonamides are not accessible, while the aromatic 1,5-C(sp²)?H insertion can be realized specifically by adjusting the diazo-adjacent group. In addition, the general chemoselectivities in the intramolecular CH insertions of diazosulfonyl compounds are summarized. Generally, diazosulfones undergo both aromatic 1,5-C(sp²)?H and aliphatic 1,5- and 1,6-C(sp³)?H insertions, while diazosulfonates undergo aliphatic 1,5- and 1,6-C(sp³)?H insertions. However, diazosulfonamides only undergo aromatic 1,5-C(sp²)?H insertion.     

N-Heterocyclic carbene-palladacyclic complexes: synthesis,characterization and their applications in the C-N coupling and α-arylation of ketones using aryl chlorides

N-Heterocyclic carbene-palladacyclic complexes 3 were successfully achieved in a one-pot procedure under mild conditions. The structure of 3a was unambiguously confirmed by X-ray single crystal diffraction and it was an active catalyst in the Buchwald-Hartwig amination and α-arylation of ketones even at very low catalyst loadings (0.01?mol%).     

Iodine-mediated oxidative Pictet-Spengler reaction using terminal alkyne as the 2-oxoaldehyde surrogate for the synthesis of 1-aroyl-β-carbolines and fused-nitrogen heterocycles

An efficient iodine-mediated oxidative Pictet-Spengler reaction in dimethyl sulphoxide (DMSO) using terminal alkynes as the 2-oxoaldehyde surrogate for the synthesis of aryl (9H-pyrido[3,4-b]indol-1-yl)methanones is described. The scope of the protocol includes the total synthesis of Fascaplysin, Eudistomins Y₁ and Y₂. The methodology is extended for preparing pyrrolo[1,2-a]-quinoxaline and indolo[1,5-a]quinoxaline derivatives. The utility of 1-aroyl-β-carbolines was demonstrated by performing palladium-catalyzed β-carboline directed ortho-C(sp2)-H functionalization of the phenyl ring with thiomethyl (SMe) group using DMSO as source and for accessing 4-aryl-canthin-6-ones.     

Facile synthesis of bicyclic 1-arylpyrazol-5-ones

In this Letter, we described a facile method for constructing fused bicyclic 1-arylpyrazol-5-one ring system. We employed various methylene-containing carboxylic acids as the substrates and proved that the pyrazolone ring closure requires activated methylene group in intermediate II. Accordingly, a series of structurally diversified, fused bicyclic 1-arylpyrazol-5-ones was prepared in moderate to high yields using the requisite substrates.     

Synthesis of pyrrolo[1,2-a]pyrazines and pyrazino[1,2-a]indoles by Curtius reaction in Morita-Baylis-Hillman derivatives

Synthesis of substituted pyrrolo[1,2-a]pyrazines and pyrazino[1,2-a]indoles from the Morita-Baylis-Hillman derivatives of acrylates via saponification followed by Curtius reaction is described.     

正丁胺对激光染料荧光谱影响的研究

用正丁胺作为碳源,采用射频辉光放电制备碳膜,选用激光染料R6G和聚乙二醇混合液作为蒸气源,采用单源热蒸发,在蒸发室与染料同时沉积得到混合膜,用拉曼光谱和红外光谱分析了碳膜的结构和键合方式,分析表明:碳膜中存在胺基团和氢原子.混合膜的荧光谱测量结果表明,认为正丁胺对染料荧光谱的影响是因为胺基和氢原子的存在.     

Cu0-catalysed 1,3-dipolar cycloadditions of α-amino acid derived N,N-cyclic azomethine imines to ynones

A series of 20 CuAIAC reactions between eight 4-acylamino substituted pyrazolidine-3-one-1-azomethine imines and four terminal ynones were performed using Cu⁰ as catalyst. The corresponding fluorescent cycloadducts were obtained in very high yields upon simple workup. Thus, Cu-metal turned out to be a better catalyst than Cu^I in terms of yield and ease of isolation. Availability of azomethine imines, mild reaction conditions, and simple workup enable a “click” access to libraries of densely substituted 2,3-dihydro-1H,5H-pyrazolo[1,2-a]pyrazol-1-ones. Reactivity of differently substituted dipoles was evaluated experimentally and by quantum chemical methods (DFT).     

Synthesis and antioxidative/anti-inflammatory activity of novel fullerene–polyamine conjugates

(E)-4-(Fullerenopyrrolidin-1-yl)-3-methylbut-2-enoic acid and its corresponding succinimidyl ester, readily obtained through Prato-type modification of C₆₀, were used for the selective N-acylation of polyamines. The thus obtained conjugates were evaluated for their antioxidative and anti-inflammatory activity and their cytotoxicity was determined. Members of this family of compounds showed interesting anti-lipid peroxidation, anti-lipoxygenase and anti-inflammatory activity and comparable cytocompatibility to spermidine.