聚合物/无机纳米粒子自组装复合膜的制备与应用

对聚合物/无机纳米粒子二维自组装复合膜的制备方法进行了系统地分类阐述,在详细介绍各种方法的特点的基础上比较了它们各自的优缺点.并简述了这类复合膜在应用方面的最新研究成果.     

纳米粒子组装体系的研究进展

制备纳米粒子组装体系是构筑纳米结构的重要方法之一，本文综述了纳米粒子组装体系的制备方法及其性质和应用研究。     

以胶体粒子为模板制备核壳纳米复合粒子

核壳纳米复合粒子具有许多不同于单组分胶体粒子的独特的光、电、磁、催化等物理与化学性质,是构筑新型功能复合材料的重要组元,在光子带隙材料、微波吸收材料、电磁流变液、催化剂和生物等领域有重要应用.本文从控制核壳复合粒子的微观结构及壳层均匀性与厚度的角度,详细评述了目前以胶体粒子为模板制备粒径从纳米到微米尺度的核壳复合粒子的方法.指出利用胶体粒子模板表面与壳层物质或其前驱物间的特殊相互作用(包括静电和化学相互作用),是完善现有制备方法和发展新方法来制备具有设定组成、结构和性能的核壳复合粒子的关键,同时也是将来的粒子表面纳米工程和获取有序的、先进纳米复合材料的主要方向。     

金纳米粒子和聚合物复合体系分子设计与组装过程的计算机模拟

金纳米粒子除了拥有纳米粒子的体积效应、表面效应、量子尺寸效应、宏观量子隧道效应等优异性能之外,还有一些特殊性能,如良好的稳定性、抗菌抑菌功能、表面吸收带效应、荧光效应等。量子化学计算方法提供了从分子水平上探究金团簇的催化和反应活性的影响因素,如金团簇的尺寸、形状、电子状态、活性位点的类型和结构等。分子动力学可以更好地模拟纳米粒子与配体和溶剂的相互作用方式,同时给出热力学和动力学行为。耗散粒子动力学等介观模拟方法则被应用到金纳米粒子和聚合物复合体系自组装过程的研究,并可以给出调控自组装结构的有效方案。以高分子与纳米粒子复合物为研究对象,明晰影响复合物结构和性质的主导因素,探索复合物调控机制,提出决定复合物功能的主控因素,进一步理解高分子与纳米粒子复合物的本质,可以为实验上制备、优化新型高分子与纳米粒子复合物材料提供可靠的理论帮助。     

Papain/HA-Phe自组装复合纳米粒子及乳化性能

用L-苯丙氨酸乙酯(L-Phe)改性透明质酸(HA)双亲性生物大分子(HA-Phe)负载生物活性分子木瓜蛋白酶(papain),HA-Phe和Papain通过静电、氢键和疏水相互作用自组装形成生物基Papain/HA-Phe复合纳米粒子.用动态光散射(DLS)和透射电镜(TEM)对复合纳米粒子的尺寸和形貌进行表征.结果显示,形成的复合纳米粒子为球形结构,粒径约308 nm.以此复合纳米粒子为颗粒乳化剂稳定白油,形成水包油型Pickering乳液.乳液的扫描电镜(SEM)显示,复合纳米粒子吸附在油水界面,形成复合纳米粒子的吸附层以稳定乳液.详细研究了pH和盐浓度对复合纳米粒子性质和复合纳米粒子乳化性能的影响.结果表明,随着pH增加,复合纳米粒子在油滴表面的吸附数目减少,乳化性能降低;随着盐浓度增加,复合纳米粒子的形变能力增强,乳化性能提高.进一步研究了乳液中木瓜蛋白酶的活性及美白效果.研究表明,制备的乳液保留了一定的活性,且具有一定的美白效果.     

纳米粒子的控制生长和自组装研究进展

由于在纳米器件上潜在应用,通过化学方法控制的纳米粒子生长,以及纳米粒子自组装的一维、二维和三维点阵受到人们的广泛关注。本文介绍来近年来纳米粒子的控制生长和组装研究的现状。主要探讨了有机稳定剂对纳米粒子形状和尺寸控制的影响。含配位基团和长链烷烃的有机化合物不但可以用控制纳米粒子生长的稳定剂,而且可以用作纳米粒子自组装的模板剂。     

小分子基温敏聚合物纳米粒子的制备及在近红外二区荧光成像与光热治疗中的应用

以有机小分子4,9-二(5-9H-芴-2-基-噻吩-2-基)-6',7-联苯[1,2,5]噻二唑并[3,4-g]喹喔啉(TQF)为前驱体, 通过化学方法将其修饰为可引发可逆加成-断裂链转移聚合(RAFT)反应的小分子链转移剂TQF-苯基硫代链 转移剂（CTA）. 以TQF-CTA为链转移剂, 以偶氮二异丁腈为引发剂, 引发N-异丙基丙烯酰胺(NIPAAm)和 甲基丙烯酸寡聚乙二醇酯(OEGMA)发生RAFT聚合反应, 合成了具有良好水溶性和较低临界溶解温度(LCST)的小分子基共聚物[TQF-P(NIPAAm-co-OEGMA), TPNO]. 将其直接溶于水中可制备成温敏的球形纳米粒子 TPNO NPs. 研究结果表明, TPNO NPs在温度大于LCST(35 ℃)时表现出一个明显的粒径变化和显著的荧光 增强行为(2.2倍), 并成功实现了对活体小鼠血管与肿瘤的明亮近红外二区(NIR-Ⅱ)荧光成像(FI). 同时, TPNO NPs有着良好的光热转换效率(PCE=29.8%), 通过体外细胞实验证明了其对细胞具有较好的光热治疗(PTT)效果.     

原位自组装形成二氧化硅/十六烷基三甲基溴化铵纳米网络粒子

提出了以具有纳米尺寸孔径及孔壁厚度的MCM 48作为无机基体、以无机 有机原位自组装的方法形成纳米网络粒子 .研究结果表明 ,在一定实验条件下 ,有机相可进入无机相的三维孔道自组装形成立方有序结构的纳米网络复合粒子 .通过研究纳米网络粒子在极性介质和非极性介质中的分散发现 ,有机相的存在有利于纳米网络粒子的分散     

聚合物-纳米金在油水界面的自组装及有序结构的构筑

聚合物-纳米金复合物既具有金纳米粒子的光、电及催化性能,又具有聚合物的可加工性及对外界的刺激响应性,因此已成为高分子科学及材料科学研究的热点。本文主要介绍了我们实验室在聚合物-纳米金在油水界面的自组装及有序结构的构筑研究方面的相关工作:(1)利用界面聚合的方法制备侧链接枝亲水性金纳米粒子的聚苯乙烯及杂化聚合物在水溶液中的自组装;(2)亲水性金纳米粒子及疏水性聚合物(或疏水性磁性纳米粒子)在油水界面的自组装研究;(3)利用金纳米粒子为交联点制备具有温度响应性聚合物微凝胶的研究。     

粒子-聚合物相互作用与粒子-粒子相互作用对聚合物基纳米复合物力学性能的影响

聚合物基纳米复合物(PNCs)具有比传统高分子材料更加优异的光学、力学、热力学等性能,广泛应用于各个工程领域.而纳米粒子(NPs)对材料性能提高的机理则是当前聚合物纳米复合物领域研究的重要问题,聚合物纳米复合体系相互作用的影响因素众多,至今尚未明确并完整建立复合体系相互作用与性能增强之间的关系.本文总结了近年来关于纳米粒子填充聚合物基体力学性能的研究,从粒子-聚合物相互作用和粒子-粒子相互作用角度阐述了聚合物纳米复合体系力学性能的增强机理,并根据体系中不同的结构关系分别总结了聚合物/未改性纳米粒子复合体系和聚合物/聚合物接枝纳米粒子复合体系中影响力学性能的因素.该部分内容具有重要的理论和实践意义,有助于构建复合体系微观结构与宏观性能之间的关系,进而对微观层面调控PNCs的力学性能提供指导.     

温敏聚合物/纳米CuS复合微球在肿瘤光热化学联合治疗中的应用

利用湿化学法合成了具有光热效应的纳米硫化铜(Cu S)颗粒,采用沉淀聚合法,以N-异丙基丙烯酰胺(NIPAAm)和N-乙烯基吡咯烷酮(NVP)为共聚单体,锂藻土(laponite)作为交联剂,吸附纳米硫化铜,制备出兼具光热效应和温敏响应性的复合微凝胶[P(NIPAAm-co-NVP)/Cu S](NNC/Cu S),并测试其载药和药物缓释性能.实验结果表明,制备的纳米Cu S和NNC/Cu S复合微凝胶均在近红外区有很宽的光谱吸收带,在980 nm(0.51 W/cm2)激光的辐照条件下,NNC/Cu S复合微凝胶具有良好的光热效应,温度在8 min内可以升至51.9℃,对于Hela细胞杀伤效果明显,并随着激光照射时间的延长效果越好.复合微凝胶的载药量为0.15mg/mg,在p H=5.5的PBS缓冲液中累积药物释放为75%,高于p H=7.4的63%.同时光热效应对于温敏性载药微球的药物释放具有有效地调控作用,在药物释放阶段,激光照射段药物释放率明显高于未加激光照射段.另外聚合物与纳米Cu S的复合改善了纳米Cu S对于细胞的毒性,NNC/Cu S复合微凝胶细胞存活率为90.9%高于纳米Cu S的63%.     

Photothermal performance of MFe2O4 nanoparticles

In this paper, we synthesized three kinds of ferrites and investigated their photothermal property. The result indicated that the photothermal effect of Fe₃O₄ and MnFe₂O₄ nanoparticles declined while that of ZnFe₂O₄ nanoparticles maintained relatively stable after preservation for 70 days, and then ZnFe₂O₄ nanoparticles could effectively kill cancer cells under NIR laser.     

Photothermal Conversion of Hydrogel-Based Biomaterial

Traditional energy from fossil fuels like petroleum and coal is limited and contributes to global environmental pollution and climate change. Developing sustainable and eco-friendly energy is crucial for addressing significant challenges such as climate change, energy dilemma and achieving the long-term development of human society. Biomass hydrogels, which are easily synthesized and modified, have diverse sources and can be designed for different applications. They are being extensively researched for their applications in artificial intelligence, flexible sensing, biomedicine, and food packaging. The article summarizes recent advances in the preparation and applications of biomass-based photothermal conversion hydrogels, discussing the light source, photothermal agents, matrix, and preparation methods in detail. It also explores the use of these hydrogels in seawater desalination, photothermal therapy, antibacterial agents, and light-activated materials, offering new ideas for developing sustainable, efficient, and advanced photothermal conversion biomass hydrogel materials. The article concludes with suggestions for future research, highlighting the challenges and prospects in this field and paving the way for developing of long-lasting, efficient energy materials.     

Photothermal performance of MFe2O4 nanoparticles

Photothermal therapy (PTT) has emerged as one of the promising cancer therapy approaches. As a representative photothermal agent (PTA), magnetite possesses many advantages such as biodegradability and biocompatibility. However, photothermal instability hampers its further application. Herein, we systematically synthesized three kinds of ferrite nanoparticles and detailedly investigated their photothermal effect. Compared with Fe₃O₄ and MnFe₂O₄ nanoparticles, ZnFe₂O₄ nanoparticles exhibited a superior photothermal effect. After preservation for 70 days, the photothermal effect of Fe₃O₄ and MnFe₂O₄ nanoparticles observably declined while ZnFe₂O₄ nanoparticles showed slight decrease. Furthermore, in vitro experiment, ZnFe₂O₄ nanoparticles showed little toxicity to cells and achieved outstanding effect in killing cancer cells under NIR laser irradiation. Overall, through synthesizing and studying three kinds of ferrite MFe₂O₄ nanoparticles, we obtained ferrites as PTAs and learned about their changing trend in photothermal effect, expecting it can inspire further exploration of photothermal agents.     

Tetrazole Linkages as Photoactivated Fuels for Light-Regulated Photothermal/Photocatalytic Propulsion of Versatile Polymer Nanoplatforms

Colloidal motors with multimode propulsion have attracted considerable attention because of enhanced transportability. It is a great challenge to fabricate colloidal motors powered by a single engine for multimode synergistic propulsion. Herein, we report on Janus versatile polymer nanoplatforms integrating various functionalities via tetrazole linkages for light-regulated multimode synergistic propulsion in the liquid. The presence of tetrazole linkages in the polymers endows the nanoparticles with various photoresponsive capabilities. A sole energy source (ultraviolet or visible light) simultaneously activates photocatalytic N₂ release and photothermal conversion within the tetrazole-containing polymer phase at one side of asymmetric nanoparticles for converting light energy into photothermal/photocatalytic propulsion independent of the surrounding chemical medium. The photoactivated locomotion using tetrazoles as light-triggered fuels highly corresponds to light wavelengths, light powers and tetrazole contents. The tetrazole linkages capable of incorporating various functionalities to the polymer nanoparticles allow on-demand customizing of the colloidal motors, showing great potential in bio-applications.     

pH/酶/光热多重响应的金纳米笼/透明质酸核壳结构纳米载体的制备与性能

以金纳米笼(AuNC)为核, 巯基化改性的透明质酸(LC-HA)为壳, 盐酸阿霉素(DOX)为药物模型, 通过简单的一锅法制备了核壳结构载药纳米粒子DOX@AuNC@HA(DAH). 金纳米笼为药物装载提供容器且赋予载体光热性能, 改性的透明质酸对金纳米笼进行包封并提供pH/酶响应及靶向介导功能. 对DAH的结构进行了表征, 并进行了载药、 控释性能以及细胞摄取和细胞毒性的研究. 结果表明, 核壳结构纳米微粒DAH具有较高的载药能力, 在激光源的照射下具有较好的循环稳定性和较高的光热转换率. 在pH=7.4的磷酸盐缓冲液中, DAH具有较高的稳定性, 20 h的药物泄露率低于20%; 而在酸性环境、 透明质酸酶(HAase)及光热作用下, DAH均能较快地释放出装载的药物, 展现出较好的刺激响应性. 此外, DAH能够更多地被肿瘤细胞摄取, 表现出一定的靶向性; 当化疗与光热疗法共同作用时, 肿瘤细胞的活性大大减弱, 展现出了联合疗法的优势及潜力.     

高分子/单链高分子纳米粒子复合体系中的界面性质

高分子与纳米粒子复合是改善高分子材料性能的有效途径.近20年来关于高分子/纳米粒子复合物的研究引起了学术界广泛的兴趣.然而由于此类体系中的影响因素复杂,虽然学者们在相关材料性能的研究方面取得了重要进展,但是相关理论的发展却相对滞后,其中一个重要原因是实验上表征手段的缺失,导致对体系中纳米粒子与本体高分子链相互作用规律的认识(尤其是两者界面性质的认识)不够.本文总结和阐述了我们近几年利用分子动力学模拟技术研究高分子/单链高分子纳米粒子复合体系的主要结果,并围绕此类复合体系中的界面结构及动力学性质,讨论并总结了纳米粒子对本体高分子链的作用范围及影响规律,指出单链纳米粒子对熔体链的作用范围与纳米粒子的自身尺寸相当,而与熔体高分子链的分子量没有直接的关系.该结论将为纳米复合体系高分子理论的发展提供重要参考.     

一种具有高效光致变色性能的WO3/ZnO纳米粒子复合体系

WO3是一种重要的无机光致变色材料,在大屏幕显示和高密度信息存储等领域中具有广泛的应用前景[1～3].与有机光致变色材料相比,WO3稳定性好、成本低,但其光致变色效率较差.为了提高这类无机材料的变色效率,已经提出了各种解决方案并已取得了许多有意义的结果.例如将光响应材料与WO3复合可以有效地抑制光激发后电子的复合过程,从而提高参与变色过程的光生载流子的数量,改善WO3的光致变色性能.利用金纳米粒子对WO3薄膜进行修饰可以使其变色效率提高近2倍[4],而利用TiO2与WO3溶胶复合则可使变色效率提高近40倍[5].本文报道一种新型的WO3/ZnO纳米粒子复合体系.实验结果表明与WO3相比这种新型纳米粒子复合体系的变色效率可提高200倍以上.     

基于单原子催化剂的光热催化转化：原理和应用

在以碳中和为目标的全球共识下,太阳能作为一种取之不竭用之不尽的绿色环保能源被认为是替代传统化石燃料最有潜力的方式。在各种太阳能转换技术中,光热催化不仅可以最大化利用太阳能,在光场和热场双重驱动力作用下,还可以显著提升化学反应速率,引起广泛的研究兴趣。以孤立的单个原子均匀分散在载体上形成的单原子催化剂具有100%原子利用率、优异的催化活性、热稳定性等优势。因此,将单原子催化剂应用于光热催化开始受到越来越多的关注。本综述介绍了光催化、热催化和光热催化的基本原理和特征,同时列举一些典型的例子。随后以不同载体作为分类标准,总结了单原子光热催化应用的前沿研究进展。最后,提出了该催化体系所面临的挑战和未来的发展方向。本文旨在全面了解单原子催化剂在太阳能驱动光热催化领域的研究现状并为未来发展提供可行的建议。     

介孔钛纳米复合团簇应用于光热-光动力疗法

在本文,采用水热法合成了一种新型的介孔二氧化钛/碳/亚甲蓝复合纳米团簇(TiO₂@C-MB),并应用于肿瘤细胞的光动力(PDT)和光热治疗(PTT)。系统中介孔二氧化钛作为有效的光敏剂,MB作为重要的光敏添加剂以改善二氧化钛纳米晶的光化学效应,并将其光响应区域拓宽至光动力学疗法的理想治疗窗(650~900 nm)。柠檬酸在水热条件下被还原成碳并裹覆在二氧化钛表面。碳层表现出良好的光热效果,也充当多功能的电子受体以加速生成单线态氧。该纳米团簇不仅可以保持肿瘤细胞内部高浓度的MB和二氧化钛以产生大量的单线态氧杀死肿瘤细胞,而且可以避免MB退化失活。