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。     

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。     

高分子修饰金纳米粒子的自组装研究进展

近年来,高分子修饰金纳米粒子的自组装行为逐渐成为新的研究热点.当金纳米粒子修饰上高分子后,在维持其自身光电特性的同时展现出了与高分子类似的自组装行为,从而能够在适当的条件下形成结构明确的零维、一维、二维和三维自组装结构.这些自组装结构的出现不仅促进了金纳米粒子组装的基础研究,并且极大地丰富了金纳米粒子的应用潜力,为金/高分子纳米复合材料的发展开拓了新的方向.本文总结了金/高分子纳米复合粒子形成的不同维度组装体,着重讨论了金纳米粒子自组装构筑单元的设计、组装方法以及组装体的性质,分类讨论了相应的自组装材料在环境和生物医药中的应用,并展望了相关研究在未来发展的机遇与挑战.     

金纳米粒子-壳聚糖-石墨烯纳米复合材料的制备及其在生物电化学中的应用

通过共价键作用和原位还原法制备了金纳米粒子/壳聚糖-石墨烯纳米复合材料(AuNPs/Chit-GP). 利用FT-IR, UV-vis, TEM以及XRD对所合成的纳米复合物的结构和形貌进行了表征. AuNPs/Chit-GP呈现明显的正电荷, 因此可通过静电相互作用固载葡萄糖氧化酶(GOD), 并构建GOD/AuNPs/Chit-GP/GC修饰电极. 该修饰电极不仅可成功地实现GOD与电极间的直接电子转移, 还对葡萄糖表现出良好的催化性能. 实验结果表明, 其催化的线性范围为2.1～5.7 μmol/L, 检出限为0.7 μmol/L, 灵敏度为79.71 mA·cm^-2·mM^-1. 这种集金属纳米粒子、生物相容性高分子以及石墨烯为一体的纳米复合物的构筑为无媒介体的电化学生物传感器的研究提供了一个良好的平台.     

基于多肽-金纳米粒子复合物的生物传感研究及应用进展

多肽是α-氨基酸以肽键连接在一起而形成的化合物,同时也是蛋白质水解的中间产物。 金纳米粒子具有良好的生物相容性和突出的表面等离子共振性质,基于多肽-金纳米粒子体系的独特光学特性的生物传感研究及应用已引起众多科学工作者的关注。 本文仅就近年来利用多肽-金纳米粒子复合物进行生物传感研究及应用加以评述,包括多肽和金纳米粒子的制备与特性、多肽-金纳米粒子复合物的组装以及其在生物传感中的应用等。     

基于树枝状分子及功能化金纳米粒子的电化学免疫传感器检测污泥中大肠杆菌

利用树枝状分子-金纳米粒子复合物修饰电极和金纳米粒子标记物构建电化学免疫传感器,用于污泥中大肠杆菌的检测.首先在玻碳电极表面电聚合对氨基苯甲酸,通过共价作用结合第Ⅳ代氨基末端的树枝状分子(G4-PAMAM),并在其内部载入金纳米粒子,制备修饰电极(GCE/p-ABA/PAMAM (AuNPs)),用于固定大肠杆菌.采用硫堇作为电活性物质包被金纳米粒子,用于标记二抗制备金纳米粒子标记物(Ab2-Au-Th).通过抗原-抗体之间的特异性识别作用,将一抗、金纳米粒子标记物依次修饰在电极表面,用差分脉冲伏安法测定硫堇产生的电流信号,实现对大肠杆菌的检测.在优化的实验条件下,响应电流与大肠杆菌浓度的对数在1.0×102～1.0×106 cfu/mL范围内呈线性关系,检出限为70 cfu/mL(S/N=3).利用本方法检测污水处理厂的不同污泥样品中的大肠杆菌,回收率为89.4％～ 105.8％.     

乳液聚合法制备纳米金/聚苯乙烯复合粒子

以氯金酸为前驱体,十二烷基硫醇和硼氢化钠分别作为稳定剂和还原剂,采用相转移法制备了单分散的金纳米粒子.将金纳米粒子通过乳液聚合的方法制备了纳米金/聚苯乙烯复合粒子.通过紫外-可见吸收光谱(UV-Vis)研究了纳米金和纳米金/聚苯乙烯复合粒子的光吸收特性,使用傅立叶变换红外光谱(FT-IR)、X射线衍射(XRD)、透射电子显微镜(TEM)和动态光散射(DLS)对产物的组成、晶体结构、形貌、以及粒径进行了表征.结果表明,复合粒子为粒径分布较窄的球形,其中的金纳米粒子为面心立方结构.热失重分析(TGA)说明制备的纳米金/聚苯乙烯复合粒子具有很好的热稳定性.     

高分子/棒状纳米粒子复合物的分子动力学模拟

采用非平衡态分子动力学模拟研究了剪切场下棒状纳米粒子对高分子基体的结构、 动力学和流变性质的影响. 通过比较多种体积分数(0.8%~10%)的纳米复合物及纯熔体的模拟结果发现, 随着纳米粒子的增加, 高分子链的扩散和松弛逐渐受到抑制, 而链尺寸几乎保持不变. 从Weissenberg number(W_i)角度看, 在剪切流场下, 高分子链的结构性质(如归一化的均方回转半径、 回转张量和取向抑制参数)几乎与纳米粒子的体积分数无关, 而高分子链的Tumbling运动受到抑制. 研究还发现, 纳米复合物与纯熔体的剪切黏度曲线趋势基本一致, 即W_i=1将曲线分为平台区和剪切变稀区. 纳米棒的加入仅定量地改变了流体的剪切黏度.     

基于碳纳米管/钯纳米粒子复合材料的电化学传感平台

在碳纳米管存在下合成了直径2~10nm的钯纳米粒子,利用全氟磺酸盐聚合物Nafion溶解碳纳米管/钯纳米粒子复合物,构建了检测H2O2的电化学传感平台.循环伏安法证实所合成的钯纳米粒子在复合材料中保持了其电化学活性,该纳米复合物对H2O2具有催化能力.将葡萄糖氧化酶固定在碳纳米管/钯纳米粒子复合物修饰的玻碳电极上,制备...     

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.     

Fabrication and characterisation of gold nano-particle modified polymer monoliths for flow-through catalytic reactions and their application in the reduction of hexacyanoferrate

Polymer monoliths in capillary (100 μm i.d.) and polypropylene pipette tip formats (vol: 20 μL) were modified with gold nano-particles (AuNP) and subsequently used for flow-through catalytic reactions. Specifically, methacrylate monoliths were modified with amine-reactive monomers using a two-step photografting method and then reacted with ethylenediamine to provide amine attachment sites for the subsequent immobilisation of 4 nm, 7 nm or 16 nm AuNP. This was achieved by flushing colloidal suspensions of gold nano-particles through each aminated polymer monolith which resulted in a multi-point covalent attachment of gold via the lone pair of electrons on the nitrogen of the free amine groups. Field emission scanning electron microscopy and scanning capacitively coupled conductivity detection was used to characterise the surface coverage of AuNP on the monoliths. The catalytic activity of AuNP immobilised on the polymer monoliths in both formats was then demonstrated using the reduction of Fe(III) to Fe(II) by sodium borohydride as a model reaction by monitoring the reduction in absorbance of the hexacyanoferrate (???) complex at 420 nm. Catalytic activity was significantly enhanced on monoliths modified with smaller AuNP with almost complete reduction (95 %) observed when using monoliths agglomerated with 7 nm AuNPs.

新型纳米金修饰玻碳电极对水杨酸的电催化氧化

借助"种子媒介纳米金属生长法"制备新型的纳米金修饰玻碳电极,应用场发射扫描电镜、紫外-可见光谱分析和电化学方法等,研究该电极的表面形貌及其电化学性能.结果表明,该修饰电极对水杨酸的电化学氧化有明显的电催化作用,电极响应灵敏度是裸玻碳电极表面的1.8倍.其氧化峰电流与水杨酸浓度在5.0×10-7~8.0×10-5mol/L范围内呈良好的线性关系,可用于水中痕量水杨酸的检测.     

反相微乳液模板原位聚合制备纳米氯化银/聚甲基丙烯酸甲酯及其结构表征

用甲基丙烯酸甲酯(MMA)作油相,反相胶束微乳液作为模板,制备了纳米氯化银(AgCl)粒子,再进行原位聚合制备了纳米氯化银/聚甲基丙烯酸甲酯(AgCl/PMMA)复合材料.透射电镜(TEM)分析表明,纳米AgCl的尺寸为20～80 nm.扫描电镜(SEM)测试表明纳米AgCl粒子均匀地存在于PMMA基材中.红外分析证明,胶束中水和表面活性剂AOT的羰基在MMA聚合后微观环境发生变化,纳米粒子同聚合物之间有吸附行为.动态力学(DMTA)分析复合材料,发现纳米AgCl粒子与聚合物之间存在强烈相互作用,形成了中间相层(interphase layer),改变了聚合物的动态力学性能.     

PREPARATION OF POLYMER MICROSPHERES WITH PYRIDYL GROUP AND THEIR STABILIZED GOLD METALLIC COLLOIDS

Narrow disperse poly(ethyleneglycol dimethacrylate-co-4-vinylpyridine)(poly(EGDMA-co-4-VPy))microspheres were prepared by distillation-precipitation copolymerization of ethyleneglycol dimethacrylate(EGDMA)and 4-vinylpyridine (4-VPy)with 2,2'-azobisisobutyronitrile(AIBN)as initiator in neat acetonitrile.The polymer microspheres containing pyridyl group were then utilized as stabilizer for gold metallic colloids with the diameter around 7 nm,which were prepared by the in situ reduction of gold chloride trihydrate with sodium borohydride through the coordination of the pyridyl group on the gel layer and surface of the microsphere with the gold metallic nano-particles.The catalytic properties of the pyridyl- functionalized microsphere-stabilized gold metallic colloids and the behavior of the stabilized-catalyst for the recycling were investigated with reduction of 4-nitrophenol to 4-aminophenol as a model reaction.     

Growth of carbon nanotubes on a gold (111) surface using two-dimensional iron oxide nano-particle catalysts derived from iron storage protein

We report here the preparation of two-dimensional iron oxide nano-particles from the iron storage protein ferritin immobilized on a gold surface. This paper also reports the novel finding of the lattice-oriented like growth of carbon nanotubes on a gold (111) surface using the obtained two-dimensional iron oxide nano-particles on the gold surface as a catalyst.     

Used gold nano-particles as an on/off switch for response of a potentiometric sensor to Al(III) or Cu(II) metal ions

The potentiometric response of a carbon paste electrode modified with silica sol-gel and mercaptosuccinic acid (MSA) in the presence and absence of gold nano-particles was studied. The results showed that the electrode with gold nano-particles was responded to Al(3+) ions as a hard metal ion. On the other hand, the electrode without gold nano-particles was responded to copper ions as a soft metal ion. The electrodes without and with gold nano-particles exhibits a Nernstian slope of 29.1 and 19.2 mV decade(-1) for copper and aluminum ions over a wide concentration range of 4.3×10(-7)-1.0×10(-2) and 4.5×10(-7)-1.6×10(-3) mol L(-1), respectively. The detection limits of electrodes were 4.0×10(-7) and 1.6×10(-7) mol L(-1) for copper and aluminum ions, respectively.     

Preparation of Porous Protein-Based Hydogel for Highly Sensitive Protein Chips

Summary: Protein chips are important tools for high-throughput analysis of biological events. We have developed a novel method to prepare a protein-based hydrogel, that is, a “Three-Dimensional Nano-structured Protein Hydrogel” (3-D NPH), which is composed of protein and polymer nano-particles. The 3-D NPH could be easily prepared by dispensing a protein and polymer mixture on a substrate. Surprisingly, gold particles conjugated with protein A diffused into the 3-D NPH which was made of mouse IgG through the pores. We have shown that the protein chips made with our 3-D NPH method has tremendously improved sensitivity in detecting protein-protein interactions compared with that of direct protein immobilization methods.     

Construction of a network structure composed of gold nanoparticles and spin-polarized molecular wires and its conducting and magnetic properties

This is the first demonstration of the negative magneto-resistance in the networked gold nano-particles connected with spin-polarized molecular wires. It is a direct proof for the communication between tunneling electrons migrating among nano-particles through the molecular wires and localized spins residing on them.     

硅基底金纳米粒子微阵列电极的制备及其电化学性质的研究— 多孔硅电致发光 生物传感器研究的前期探索

用Frens法制备了不同粒径的金纳米粒子,并用透射电镜、紫外可见分光光度法进行了表征。用自组装技术得到了金膜电极表面的金纳米粒子二维阵列电极,用扫描电镜、电化学等方法对该微阵列电极进行了表征。结果表明,当金电极表面被自组装膜完全覆盖后,电化学反应不再发生,而将金纳米粒子组装到膜上以膈,才得到电化学信号。我们认为,金纳米粒子在这里对电荷的跨膜转移有很强的促进作用。对于该过程的研究,用助于理解电荷的转移机制,对进一步理解电荷隧穿过程有一定的指导意义。     

PLA/MWNTs/HA复合材料的制备和性能研究

采用超声辅助原位湿法合成多壁碳纳米管／羟基磷灰石纳米复合材料(MWNTs／HA),并通过溶液浇铸法制备了PLA／MWNTs／HA复合材料薄膜。考察了MWNTs／HA纳米粒子含量对复合膜性能的影响,并通过力学性能、SEM、FTIR、以及DMTA对复合膜性能进行了表征,结果表明：随着纳米粒子质量分数的增加,复合膜的拉伸强度呈下降趋势;拉伸模量和储能模量呈现先下降后上升的趋势;玻璃化转变温度则呈现不断上升趋势。