微流控液流模板法可控制备功能微纤维材料研究进展

可控制备具有多样化结构和组分的功能微纤维材料对于其创制和应用具有重要意义。本文主要介绍了利用微流控技术可控产生具有多样化结构的喷射液流作为模板,从而可控制备具有实心、中空、腔室以及螺旋型结构的功能微纤维材料的研究新进展,以期为新型功能微纤维材料的创新设计和可控制备提供科学指导。     

可控分子组装的自驱动胶体马达及其生物医学应用

人造胶体马达是能够将不同形式的能量转化为流体中机械运动的微纳米机器.自2 0 1 2年以来,将自下而上的可控分子组装与自上而下的方法有效结合已成为可控构筑胶体马达的重要策略之一.基于可控分子组装(如层层组装)的胶体马达具有易于实现规模化制备、能够对外界刺激作出响应、便于实现多功能化等优点.本文综述了通过将各种功能性构筑基元集成到组装结构中进而实现胶体马达的可控构筑、运动控制以及生物医学应用等方面的研究进展.主要介绍了基于不同层层组装结构的气泡驱动马达的可控构筑,基于聚电解质多层膜微胶囊及纳米管的近红外光驱动马达的构筑,生物界面化马达的制备,实现对胶体马达运动速度、方向及状态有效控制的主要方法,以及马达在药物靶向递送、光热治疗和生物毒素清除等生物医学领域中的应用.     

微纳米马达在药物递送中的应用

受到自然界中高效生物马达的启发,研究人员提出了人工微纳米马达的概念,即人工微纳米动力装置。目前,通过结合化学与其他交叉学科的先进技术,研究人员已制备出具有不同结构、驱动方式以及控制方式的人工微纳米马达。这些微纳米马达在传感、环境治理、生物医用等方面展现出广阔的应用前景。其中,药物递送是生物医用领域的重要方向。在这一方面,利用微纳米马达可以实现药物的有效递送,给癌症等疾病的治疗带来新的可能。本文将针对用于药物递送的微纳米马达的驱动机理、基本结构、运动控制这几个方面进行综述,首先介绍了马达的运动机理,其驱动机理可分为自场驱动和外场驱动;其次,分别介绍了可用于药物递送的微纳米马达的结构,主要包括聚合物囊泡、空心管、纳米线等;为了实现精准有效的药物递送,微纳米马达的可控运动非常重要,本文将具体阐述微纳米马达的开-关控制、方向控制和速度控制。最后,分析了药物递送微纳米马达的研究现状,并对本领域的未来方向进行了展望。     

微/纳米气泡在多孔介质材料制备中的模板作用

近年来的研究发现,在液相中和固液界面产生的微小尺寸气泡,不仅可具有异乎寻常的高稳定性,其物理化学性质也较为独特,由此在生物医药、环境污染治理、功能性材料制备等领域的重要应用前景逐渐引起人们的关注.本文介绍了微/纳米气泡的定义、分类和基本性质,并简要介绍了本课题组在体相微/纳米气泡的控制生成、稳定机制及应用方面的研究进展和取得的认识,重点介绍了微/纳米气泡在功能性多孔材料绿色化制备中的模板作用,并对其未来发展进行了展望.     

自驱动微纳马达在水环境领域的研究进展

可持续发展是当今世界面临的重大挑战,其中水环境问题尤为复杂和困难.微纳马达是具有截然不同物理或化学性质的微纳功能材料,在不同的外部激励条件下可以建立起极大的梯度场并形成自驱动,这一特性为特定的水环境问题提供了有效的解决方案,而水环境也被认为是这一新兴材料重要的应用场所之一.本文重点综述了近年来利用微纳马达的自驱动性质进行水环境监测和水体修复等方面研究的进展.此外,本文还给出了主动输运及膜过滤过程与微纳马达运动机理的关联,并对如何利用自驱动性质回收微纳马达进行了讨论,以减少微纳马达自身对环境的影响.最后对这一领域未来的研究进行了展望.     

甘露糖修饰的微马达的制备及其免疫功能初探

为了开发集自驱动运动与免疫功能于一体的新型糖杂化材料,本工作设计并制备了一种甘露糖修饰的哑铃形微马达(Zincoxide/Polydopamine/Mannose微马达,简称ZnO/PDA/Man微马达),其不对称的哑铃结构会引起不均匀的离子分布,从而促使马达运动.该马达能量来源无生物毒性,能够在可见光的照射下,以纯水为燃料,实现离子型自扩散泳运动.通过调节可见光的强度和辐照方向,可实现马达运动速度和方向的精准调控.ZnO/PDA/Man微马达具有良好的生物相容性,且表面修饰生物活性的甘露糖苷可作为免疫激活剂使巨噬细胞极化.相比于传统免疫激活剂,ZnO/PDA/Man微马达有望在可见光照射下,实现肿瘤组织中的自由运动和深度渗透,在肿瘤免疫治疗领域具有潜在的应用价值.     

多层聚合物微球及其功能性空心聚合物微球的研究进展

具有特殊组成和结构的单分散微球以其独特的性质和广泛的应用得到了广泛的关注。经过近几年的工作,本课题组利用蒸馏沉淀聚合法,合成出了一系列含有不同功能基团、组成和形状的单分散多层微球,进而制备了具有不同结构的功能性空心微球,并探讨了构建多层结构微球的机理。初步研究表明,这些功能性微球在可控药物释放、催化和微反应器等领域具有独特的性能和潜在的应用价值。本文概述了本课题组近五年来采用蒸馏沉淀法制备多层结构微球及其空心微球的研究进展。     

共价有机框架材料在多相催化领域的研究进展（英文）

共价有机框架(COFs)材料是近年来在拓扑学基础上发展起来的一类新型有机多孔聚合物,是有机单体通过可逆共价键连接而形成的晶型多孔材料,具有拓扑结构"可设计"、比表面积大、结构规整、孔道均一、孔径可调节以及易于修饰和功能化等优点.与金属有机框架材料(MOFs)相比,由于COFs是以共价键连接形成空间网络结构,具有较好的热稳定性和化学稳定性,又被称为"有机分子筛".COFs的构筑单体为有机小分子,有机小分子来源广泛而且种类繁多,使得构筑单体多样化,便于通过构筑单体来调控目标材料的结构和功能.自2005年首次报道以来,COFs以其独特的结构和优越的性能,吸引了广大科研工作者的极大兴趣,对其结构设计、可控合成、结构解析以及功能探索成为了研究热点,在气体吸附与分离、光电材料等领域展现出了广阔的应用前景.特别是在催化领域,由于COFs材料的多孔性、敞开的孔道结构、良好的稳定性以及易于修饰的特点,采用COFs作为催化剂以及催化剂载体受到了人们普遍的关注.作为催化剂,COFs可分为本征型催化剂和负载型催化剂.本征型催化剂的设计方法是基于"自下而上"策略将催化活性中心嵌入材料骨架之中;负载型催化剂的设计方法是以COFs为载体,通过后修饰方式负载金属颗粒或离子来构建多相催化剂.本征型COFs催化剂是在分子水平上引入催化活性中心,具有活性位点均匀分散、数量可控的特点,而且COFs规整均一的孔道结构有利于底物的传质,也为择形催化提供了可能;负载型催化剂通过后修饰方式引入催化活性中心,由于COFs以共价键连接,催化剂稳定性较高.COFs载体具有较大的比表面积,使得催化活性位点分散性好,也有利于底物与催化活性位点的结合.本文综述了COFs作为多相催化剂在催化领域的发展状况,按照COFs引入催化活性位点的类别,如单催化位点、双催化位点以及负载的金属纳米粒子进行了细致的阐述,重点讨论了COFs催化剂的设计理念、制备方式、功能化策略、材料的稳定性、催化活性以及选择性等内容.此外,对COFs作为光催化剂以及电催化剂方面的研究也进行了详细的介绍.最后,我们讨论了COFs在未来催化领域所面临的问题及挑战,并展望了COFs在超分子催化以及酶催化等方面的应用前景.     

非对称球的制备与表征

近年,非对称球因其独特的结构和性能以及广泛的应用前景而引起了研究者们的极大兴趣,为此提出了许多巧妙的非对称球制备方法,如相分离、微流道共流、静电共喷洒、自组装等以及表面保护、定向流或场反应、微接触印刷或部分接触反应等表面选择改性方法,直接或间接地制备了双亲、双色、补丁等不同性能和不同形貌的非对称球.此外,根据非对称球的特定性能,利用光学显微镜、电子显微镜及其它方法,研究者们还提出了各种对非对称性质和形貌进行表征的方法.本文概括介绍了近年出现的非对称球制备及非对称性表征方法,分析了非对称球制备与应用的研究现状及关注热点.     

超低密度气凝胶的制备及应用

超低密度气凝胶是一类具有超轻质特性的多孔固体材料,较常规气凝胶具有更高的孔隙率与更为多样化的表面特性,其独特的物理与化学性质使其作为新型纳米多孔材料在诸多新兴领域得到了重要应用。在制备过程中保留超低密度气凝胶高度发达的三维孔隙结构,以及在实际应用中发挥超低密度气凝胶独特的功能特性是气凝胶领域近年来的研究重点之一。本文按照超低密度气凝胶的主要类型综述了该材料制备技术的最新研究进展,探讨了其在空间探测、阻燃隔热、储能、吸附、催化以及传感领域的应用方式;通过分析目前研究中存在的主要问题,对未来的发展方向,如突破常压干燥制备技术、开展各类复合气凝胶或结构有序可控的超低密度气凝胶的制备、系统性地研究超轻质特性对气凝胶特定功能的影响规律等进行了展望。     

基于海鞘纤维素的先进功能材料研究进展

海洋生物质资源十分丰富,且具有多种功能基团,开发前景可观.其中,海鞘是一类能生产纤维素的海洋动物,而且其纤维素主要以纳米纤维形式存在.本文简要介绍海鞘纤维素结构及其构建的功能材料的研究进展,全面概述海鞘纤维素纳米晶体的制备、结构和形貌、力学性能以及悬浮液的性质和液晶行为.重点介绍海鞘纤维素纳米纤维在聚合物材料增强、仿生材料设计以及功能材料构建方面的应用.深入讨论生物医用、自修复、环境敏感、导电导热、分离等功能材料的构效关系.     

仿生螺旋结构微马达研究进展

微型马达是对传统马达系统的功能拓展和有益补充,在污水处理、环境监测修复、靶向手术和药物输送等方面拥有潜在应用前景。在流体环境中,高效率驱动性能是微型马达面临的重要挑战。依据理论和研究实践,人们普遍选择仿生螺旋结构作为马达的微驱动策略,并取得诸多新进展。本文从螺旋结构驱动的理论研究、螺旋微结构制备方法、螺旋马达的驱动机制和应用基础研究等几个方面系统性综述了该领域近年的进展情况。最后提出了当前研究中亟待解决的科学问题并展望了未来重点研究方向。     

面向疾病应用的微纳米马达

微纳米马达是能将环境中的化学反应或外场(光、声、磁场、电场等)提供的能量转化为推进力,从而产生自主运动的微纳米级人造机器。由于具有集群效应、比表面积大、运动可控等多种特征,微纳米马达在环境修复、药物递送、微纳手术、抗感染、重金属清除等诸多领域受到关注。在一定条件下,微纳米马达能主动运动并聚集到病灶,将治疗或诊断药物递送到靶部位,有望在人体复杂环境中进行精细化的工作。因此,微纳米马达在疾病预防、诊断、治疗以及预后中具有巨大的发展空间。在此,本综述首先对微纳米马达进行简要介绍,包括其结构设计、驱动方式。其次,详细介绍微纳米马达在不同类型的疾病中的研究进展。最后,提出目前该技术面临的挑战与未来发展方向。     

静电纺丝技术制备聚合物基中空结构材料

静电纺丝是一种制备纳米尺度连续长丝的技术, 采用静电纺丝技术高效可控地构筑微纳米中空结构材料备受关注. 本文综述了通过静电纺丝技术制备聚合物中空纤维和中空微球的研究进展, 展望了其在不同功能材料领域的发展前景.     

寡肽自组装纳米材料研究进展

肽类自组装是自然界普遍存在的分子自组装现象之一,研究其自组装行为对理解生命现象、仿生制备以及构建功能材料等具有重要的意义.寡肽由于合成简单,结构组成明确,同时具有良好的生物相容性、可控的降解性,其组装体在药物/基因控制释放、细胞培养、组织工程支架材料及生物矿化等领域具有很大的应用前景.本文概述了近年来寡肽自组装的研究进展,系统介绍了线性和环状寡肽的分子结构设计、自组装体形貌及组装机理以及组装体在生物医学等领域的应用.     

聚苯并噁嗪功能表面的构筑、性能与应用

聚苯并噁嗪是一种具有优秀性能的热固性树脂,因其不含氟且具有比特氟龙更低的本征表面自由能而被大量用于制备各种功能表面并在许多应用领域受到广泛关注,如防腐蚀、防结冰、抗粘、液体操控、油水分离以及自清洁等。事实证明基于聚苯并噁嗪复合材料的性质决定于其化学结构和组成,深入探讨聚苯并噁嗪复合材料的结构与表面性质之间的构效关系对于先进表面材料的发展至关重要。本文综述了基于聚苯并噁嗪及其复合材料功能表面的构建与性质,着重介绍了具有可控结构、润湿性、黏附性以及其他功能的表面分子设计与构建原则,并对相关研究现状及挑战进行了简短的评述,以期为特定性能的聚苯并噁嗪基材料的设计和开发提供技术指导。     

微流控液滴技术及其应用的研究进展

微液滴具有体积小、比表面积大,速度快、通量高,大小均匀、体系封闭,内部稳定等特性,在药物控释、病毒检测、颗粒材料合成、催化剂等领域中均有重要应用.微流控技术的发展为微液滴生成中实现尺寸规格、结构形貌和功能特性等的可控设计和精确操控提供了全新平台.本文概述了微流控液滴技术的基本原理、液滴生成方式及其基本操控,比较分析了微液滴的传统制备法与微流控合成法的异同,介绍了近年来微流控液滴技术在功能材料合成、生物医学和食品加工等领域中的研究新进展,探讨并展望了微流控液滴技术的潜在价值和未来发展方向.     

高耐光/耐化学性的核壳型荧光纳米微球的制备

选取不溶于水的、光/热稳定性优良的荧光溶剂染料, 采用改进的细乳液(Miniemulsion)聚合反应, 将染料分子以分散状态牢固地嵌入交联的纳米聚合物基质中, 然后结合种子聚合反应技术构建生物相容性壳层, 制备出发射橙、黄、绿和青色光的系列核壳型荧光纳米微球. 获得的核壳型荧光纳米微球的平均粒径小于40 nm, 粒度较均一, 其水胶体具有优异的储存稳定性, 较高的光/化学稳定性和发光效率; 纳米微球的交联壳层表面富含与蛋白质、核酸等相容的羧基. 该制备方法简便可控, 原材料易得, 成本低廉, 也可选用含氨基、巯基和羟基等化学修饰基团的壳层单体来构建多样化的纳米微球壳层.     

石墨烯基纤维电容器的可控制备及应用

超级电容器又名电化学电容器,是一种绿色储能器件。 超级电容器的研究,从根本上讲是寻找比表面积大且可以被充分利用的电极材料。 石墨烯作为sp²杂化碳质材料的基元单位,具有独特的二维结构和优异的物化特性,使得其在超级电容器领域具有巨大的应用潜力,其中石墨烯纤维超级电容器受到了研究工作者越来越广泛的关注。 本文通过对一维石墨烯纤维的自组装以及与制备材料的共组装来作为超级电容器的电极材料,对其可控制备进行了系统的归纳和总结,可控构建独特的电极材料,使其性能得以优化,组装出高性能的超级电容器,并对相关领域的发展趋势做了展望。     

铁氧体磁纳米结构的制备、表征及其在靶向药物释放领域的应用研究

以应用需求为目的对纳米材料的组成、结构和形貌进行设计合成是当前纳米材料化学研究的热点问题之一.磁性中空纳米结构及一维磁纳米结构在生物医学、催化、电子、信息以及纳米器件等领域都具有广泛的应用,有关其制备和应用方面的研究倍受科学家们的关注.本论文主要以实现磁纳米结构的生物医学应用功能为目的,设计材料的结构并通过一些简单有效的化学方法来实现磁纳米材料的组成、结构和性能的可控制备,为促进其应用提供良好的材料基础,同时初步探索磁性纳米材料在靶向药物释放方面的应用.论文主要包括如下内容.