高分子表面微纳米结构的构筑及应用

近年来,纳米科技在高分子材料上的应用给高分子科学和材料的发展注入了新的活力.高分子材料表面微纳米结构与材料的性能密切相关,其微纳米结构结合高分子材料本身丰富多彩的特性,在材料科学、微电子学以及细胞生物学等方面都有重要的科学意义和应用价值.目前关于高分子材料表面微纳米结构的构筑已有大量报道,涉及的实验方法和材料非常广泛,大体上可以分为模板法和非模版法.在运用中往往需要综合利用高分子的各种特性和多种实验方法.本文以构筑方法分类,综述了近十几年来在高分子表面构筑微纳米结构的研究进展,对其应用前景做了简要介绍.     

细胞图案化研究进展

细胞图案化是一种研究和控制细胞行为的有效实验方法, 广泛用于细胞生物学、组织工程学、药物筛选和创伤治疗等各个研究领域. 介绍了各种细胞图案化的制备方法, 并对细胞图案化中涉及的特征物质以及有关动态基底作了简要评述.     

表面图案化的CdS-P(AM-co-10%MAA)复合微球对BSA的吸附性能研究

以微米级的P(AM-co-10%MAA)共聚物为模板,在反相悬浮体系中,通过外源沉积的方法合成了硫化镉复合微球CdS-P(AM-co-10%MAA)。以牛血清白蛋白为主要目标蛋白,研究微球对蛋白质的吸附性能。结果表明,牛血清白蛋白在CdS复合微球上的最大吸附量为35.84mg/g,其吸附模式符合Langmuir吸附定律。在20～50℃范围内,随着温度的升高,复合微球对蛋白质的吸附量增大。在磷酸缓冲溶液体系中,CdS-P(AM-co-10%MAA)复合微球对蛋白质的吸附量在蛋白质等电点时达到最大;此外,复合微球不仅对BSA具有一定的吸附能力,对其它蛋白质同样具有一定的吸附能力,说明该微球具有开发为分离材料的潜力。     

表面微图案化聚乳酸膜的制备及其细胞亲和性评价

利用溶剂-非溶剂法(SNS)制备表面具有微孔图案的聚乳酸(PLA)膜和聚苯乙烯(PS)膜,并以微孔PS膜为模板,构建表面具有微岛图案的PLA膜.以此为基础,对所制备的微图案表面对PLA膜亲/疏水性及成骨细胞粘附与增殖性能的影响进行研究.结果显示微图案的存在显著增强了PLA膜的表面疏水性(水接触角90°);成骨细胞在微图案表面具有良好的铺展性,其黏附数量明显高于光滑PLA膜,但细胞的生长曲线相对较平缓,显示微图案表面虽有利于细胞在PLA膜表面的粘附与铺展,但对促进细胞的增殖无贡献.     

具有微纳米结构超疏水表面润湿性的研究

本文综述了近年来具有微纳米结构超疏水表面的研究进展。介绍了具有微纳米结构超疏水表面的制备方法,表面结构对超疏水性能的影响,周期性结构表面超疏水的条件,超疏水表面接触角滞后以及功能化超疏水表面等方面的研究,探讨了这一领域存在的问题及可能的发展方向。     

静电纺丝制备图案化无机纳米纤维

静电纺丝技术近几年在制备纳米纤维领域得到了广泛的应用,被认为是批量制备纳米纤维材料最简单有效的方法。本文综述了近几年高压静电纺丝技术制备图案化无机物纳米纤维的纺丝装置和过程,特别详细综述了纺丝过程中纤维直径的变化,利用带电流体动力学(EHD)理论推导出纤维直径变化的运动方程,并对方程进行一定程度的修订,以符合电纺无机物纳米纤维直径的变化;并综述了取向纳米纤维、中空纳米纤维、壳-核结构纳米纤维、纳米线、纳米带、纳米管及多层次结构纳米纤维的构建及其基本性能。最后对电纺制备图案化无机纳米纤维未来发展方向,特别是功能化多层次结构电纺无机纳米纤维制备进行了展望。     

蚊子体表面的微纳米结构与浸润性

通过光学显微镜及自行设计的接触角测试系统研究了成蚊体表面(如翅膀、 复眼)的浸润行为, 发现了不同的体表面由于不同的生物功能而具有不同的超疏水特性. 通过扫描电子显微镜检测成蚊翅膀和复眼表面, 揭示了分布在成蚊体表面上的不同的微观结构形貌, 另外, 微米结构表面上还包含了纳米结构是其体表面微观结构的共同属性. 因此, 微纳米等级结构与浸润性之间存在重要的依赖关系.     

二维平面细胞微图案化技术及其生物学应用

可以控制细胞粘附形状、大小的方法统称为细胞图案化技术.这些方法结合微纳米制备、表面化学、电化学和光化学等手段可以动态控制细胞的粘附、迁移、分化及其相互作用,为细胞生物学研究提供了一个新平台.本文介绍了二维平面细胞图案化的各种方法,并对其优缺点进行了总结,评述了细胞图案化技术在细胞生物学基础研究、组织工程以及基于细胞的生物传感器领域的应用.     

微纳米多孔不锈钢表面高效吸附活性生物大分子

不锈钢(AISI 316L)是目前在医药器械中应用最为广泛的商业化材料. 下一代的不锈钢智能材料将特殊功能的生物活性分子(或纳米粒子)修饰在金属表面以模拟组织功能、提高生物/细胞相容性, 这是目前材料科学研究的热点领域之一. 本文研究了具有微纳米多孔表面结构的316L 不锈钢对抗体和生物酶分子的吸附作用,并与这些生物分子在光滑表面以及镀金表面的吸附进行了比较. 研究发现不锈钢可通过简单的电化学腐蚀方法在表面产生微纳米多孔结构. 微纳米孔不锈钢表面可稳定地吸附抗体或辣根过氧化物酶分子, 其吸附量与喷镀金表面相当或更好. 用表面活性剂(10%牛血清白蛋白(BSA)或0.2% Tween-20)洗涤不能除去吸附的蛋白.用5% Tween-20 预处理金属表面, 则可减少一半的抗体吸附量; 但表面活性剂预处理对辣根过氧化物酶的吸附没有影响. 吸附蛋白质后的金属表面湿润度大大增加; 蛋白质修饰的微纳米孔不锈钢表面表现出了很好的亲水性(水接触角小于50°), 指示了很好的生物相容性. 而金属表面的湿润度则主要取决于蛋白质物种, 并与蛋白质的吸附量正相关. 吸附于不锈钢微纳米孔表面的抗体仍保持了良好的生物活性; 用此种方式制备的抗CD34抗体修饰的不锈钢血管支架可以高密度并高选择性地吸附其目标细胞(如KG-1细胞). 本文工作为未来制备新型的无高聚物涂层的不锈钢智能医学生物材料提供了基础.     

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。     

超疏水性聚苯胺微/纳米结构的合成及防腐蚀性能

以苯胺为单体, 过硫酸铵为氧化剂, 通过改变不同的掺杂剂, 采用"无模板"法合成了具有不同浸润性的聚苯胺微/纳米结构, 并得到超疏水聚苯胺微/纳米结构. 采用红外吸收光谱、 紫外-可见吸收光谱、 X射线衍射及扫描电镜对聚苯胺微/纳米结构及形貌进行了表征, 测定了聚苯胺微/纳米结构的接触角, 并通过Tafel极化曲线和电化学交流阻抗研究了不同疏水性的聚苯胺微/纳米结构在0.1 mol/L H₂SO₄溶液中对碳钢的腐蚀防护作用, 探讨了聚苯胺微/纳米结构的表面浸润性对腐蚀防护性能的影响. 研究结果表明, 随着聚苯胺微/纳米结构疏水性的增强, 对碳钢的腐蚀防护作用增强, 当掺杂剂为全氟辛酸时所制备的超水聚苯胺微/纳米结构表现出最佳的防腐蚀性能(η= 94.70%).     

有机太阳能电池给受体材料界面的微纳结构调控

有机太阳能电池因具有成本低、质轻、柔韧性好、可大面积印刷制备等优势,引起了人们极大的关注并成为现阶段有机电子学研究的重要热点之一。有机功能层中电子给体和受体界面特性对电池的功率转换效率影响很大,通过给受体界面的微纳结构化,可扩大给受体的接触面积、缩短给体和受体的距离、增强光吸收,能产生更多激子并促进激子有效分离,从而有效提高器件的电池效率。本文综述了纳米压印、自组装、溶剂挥发以及模板法等调控微纳结构的技术和方法,总结了基于微纳结构构建有机光伏器件的发展现状,并对目前微纳结构化方法和光伏应用中存在问题和研究重点做了简要评述,最后展望了该研究领域下一步的发展方向和应用前景。     

海刺猬状微纳结构钴镍化合物的合成与表征(英文)

采用均相沉淀法,以Co(NO_3)_2·6H_2O和Ni(NO_3)_2·6H_2O为原料,尿素作为沉淀剂,成功制备出了新型海刺猬状微/纳复合结构。通过调节反应温度,反应物浓度和物质的量的比,所获得的前驱体呈放射状纳米线构成的海刺猬结构。随后分别在氧气氛和氢气氛下对制备出的前驱体进行热处理,利用FE-SEM、TEM、XRD以及VSM等测试手段对制备出的微/纳复合结构前驱体及热处理产物进行了形貌表征、物相分析以及磁学性能表征。在氧气氛条件下处理得到的产物具有良好的亚铁磁性,并且很好地保持了前驱体的结构与形貌。结合热处理产物的分析,对该海刺猬微纳结构前驱体提出了一种可能的形成过程和机理。另外,在氢气还原条件下处理得到的产物为多孔微纳米球状结构,呈现出更为优异的亚铁磁性。     

钒氧化物微/纳米空心球的制备技术的研究

钒氧化物微/纳米空心球由于具有比表面积高、负载容量大、密度低等特性,在催化剂、传感器、锂离子电池、电池阴极材料等相关行业中有着广泛的应用前景和研究价值。本文综述了钒氧化物微/纳米空心球材料的制备方法(包括软模板剂法、硬模板剂法、水热合成法和溶剂热合成法)及相关研究进展,并对今后的研究方向进行了展望。     

中空磁性金属微纳米材料的特性及应用研究进展

中空磁性金属微纳米材料因其具有超大比表面积,生物相容性及优异的电、光、化学和磁特性,在国防民生、催化、能源环境、生物医学等领域广泛应用。结合国内外研究现状,就中空磁性金属微纳米材料的吸波性能、催化特性、电化学特性、生物相容性和磁特性及其应用等方面的研究进展、尚存问题和未来发展趋势展开述评。     

中空磁性金属微纳米材料种类及合成方法的研究进展

中空磁性金属微纳米材料在国防民生、新型能源、环境修复、生物医学等诸多领域应用广泛,高效合成性能优异的该材料一直是材料化学的研究热点。综述了中空磁性金属微纳米材料的种类及合成方法的研究进展,为进一步研发和优化该材料提供参考。     

聚合物基微纳米功能复合材料3D打印加工的研究

高分子材料3D打印加工可制备传统加工不能制备的形状复杂的高分子制件,是近年来发展很快的先进制造技术。但适用于3D打印加工的高分子材料种类少,结构功能单一,难以制备高分子功能器件。本文介绍了我们在聚合物基微纳米功能复合材料3D打印加工方面的研究工作:通过有机/无机杂化、固相剪切碾磨、超声辐照、分子复合等技术制备适合于选择性激光烧结(SLS)和熔融沉积成型(FDM)的聚合物基微纳米功能复合材料;实现了聚合物基微纳米功能复合粉体的SLS加工和功能复合丝条的FDM加工;研究了3D打印低维构建、层层叠加、自由界面成型、复杂固-液-固转变过程;建立了功能复合粉体球形化技术,发明了直接熔融挤出新型FDM打印机;制备了常规加工方法不能制备的数种形状复杂的功能器件,如尼龙11/钛酸钡压电器件、柔性聚氨酯/碳纳米管传感器、个性化人颌骨模型等,突破了传统加工难以制备复杂形状制品和目前3D打印难以制备功能制品的局限。     

微流控技术在微/纳米材料合成中的研究进展

微/纳米材料因其尺度的微小而具有异于宏观材料的特殊性质, 在多个领域都有着丰富的应用. 近年来, 微流控技术因其微量、高效、高通量、微型化、集成化和自动化等独特的优势在微/纳米材料的合成中引起了广泛的关注. 本综述从微反应器的结构形式及反应方式两个角度进行分类, 介绍了微流控技术在无机材料、有机材料和复合材料中的具体应用, 并对该领域未来的主要发展趋势进行了展望. 微流控技术为微/纳米材料的合成提供了新的思路和方法, 在工业生产和学术研究中都蕴含着丰富的可能性和巨大的潜力.     

聚合物微纳米管的制备技术

由于聚合物微纳米管独特的一维中空结构和性能多样性,在分离、电子器件、催化剂负载、药物释放等方面具有广泛的应用前景,本文结合最新的研究进展,总结了聚合物微纳米管的制备方法,并重点介绍了硬模板法、软模板法和无模板法的特点。