聚合物/SiO2杂化材料在药物控制释放中的应用*

聚合物用作药物控制释放载体时,具有释药浓度可控、药物的生物利用率高、可实现靶向治疗等优点。但有些聚合物也存在机械强度低、化学稳定性差、生物相容性不理想等缺点。二氧化硅(SiO₂)具有多孔、无毒、生物相容性好、化学和机械稳定性高、表面易功能化等优点。但SiO₂用作药物控制释放载体时,有时也存在载药量低、不能装载大分子药物、不能实现靶向释放等缺点。聚合物/SiO₂杂化材料作为药物控制释放载体,可有效结合二者的优点,并克服二者的缺陷。根据聚合物的种类和杂化体系性质的不同,我们分别对温敏性聚合物/SiO₂杂化材料、聚电解质/SiO₂杂化材料、生物高分子/SiO₂杂化材料以及其它一些聚合物/SiO₂杂化材料体系在药物控制释放中的应用进行了介绍,并展望了该领域今后的研究发展方向。     

Pickering乳液模板法制备Janus粒子

本文以SiO₂粒子稳定的水包油(O/W)型Pickering乳液作为模板, 在乳液连续相进行SI-ATRP, 将聚合物刷接枝到SiO₂粒子外半表面, 破乳得到半修饰的Janus粒子.     

溶胶-凝胶法制备聚醚砜-二氧化硅复合材料

以聚醚砜(PES)为基体,通过溶胶-凝胶过程,得到了分散均匀的PES/SiO₂杂化材料,用扫描电镜、透射电镜、傅里叶红外及差示扫描量热法研究不同SiO₂含量的PES/SiO₂杂化材料材料性能.结果表明,当PES/SiO₂杂化材料中SiO₂的质量分数大于10%时可获得有机聚合物链段与无机网络互穿的均匀分散的复合材料.此材料的玻璃化转变温度(Tg)明显提高.     

具有不对称孔道结构的小介孔二氧化硅粒子的合成及其高分子杂化膜的构建

利用手性阴离子酸表面活性剂, 采用软模板法制备了具有不对称孔道结构的小介孔二氧化硅(SiO₂)粒子. 将小介孔SiO₂粒子引入聚偏四氟乙烯(PVDF)和聚酰亚胺(PI)中构建了两种有机/无机杂化膜. 利用傅里叶变换红外光谱(FTIR)、 透射电子显微镜(TEM)、 扫描电子显微镜(SEM)和比表面积分析等表征了小介孔SiO₂粒子和有机/无机杂化膜的微结构, 并通过超滤实验和气体渗透实验分别考察两种杂化膜的性能. 研究结果表明, 表面含有大量亲水基团的小介孔SiO₂粒子具有规则有序排列的孔道结构, 该孔道结构呈现螺旋扭曲和不对称性. 构建的两种有机/无机杂化膜的极性显著提升, 进而有效增强了PVDF杂化膜的膜通量和抗污染性能及PI杂化膜对CO₂气体的分离性能, 克服了高分子膜的博弈效应(Trade-off效应). 另外, SiO₂的小介孔孔道还可以在PI杂化膜中引入优先通过CO₂分子的限域传质通道, 加速了CO₂气体在杂化膜中扩散. 但过多小介孔SiO₂粒子的加入导致其在高分子基质中团聚, 削弱杂化膜的极性和亲水性, 从而降低了两种杂化膜的分离性能.     

不同锂盐对超支化/梳状复合型聚合物电解质的性能影响研究

利用PVA侧链上的羟基的化学活性, 采用超支化聚胺-酯对改性纳米SiO₂和PVA接枝改性, 并加入不同锂盐,制备了SiO₂-g-HBPAE/PVA-g-HBPAE超支化/梳状复合型聚合物电解质, 利用SEM观察了纳米粒子在基体中的分散情况, 采用DSC、拉伸实验以及介电谱研究了锂盐种类及添加量对复合体系性能的影响. 结果表明, 超支化接枝改善了SiO₂和基体的界面相容性; 磺酸类锂盐在复合材料中表现出自增塑现象, 材料的玻璃化转变温度(T_g)大幅度下降; LiClO₄在基体中的离解能力强于LiCF₃SO₃和 LiN(SO₃CF₃)₂; 当LiCF₃SO₃添加量为20 %(by mass, 下文同)时, 聚合物电解质的室温电导率达到最大值2.58×10^-6 S•cm^-1.     

微纳尺度无机-有机杂化凝胶固定化木瓜蛋白酶研究

以吸附-絮凝耦合方法制备了微纳尺度的纳米TiO₂-聚丙烯酰胺(polyacrylamide, PAM)杂化凝胶固定化酶. 利用扫描电镜(SEM)、能谱面扫描(EDS)、粒度分析表征了杂化凝胶絮凝酶形貌、尺寸及分散性. 通过对酸碱度有效调控, 以及表面Zeta电位分析, 探寻了酶-纳米复合凝胶静电作用机制. 结果表明, 静电相互作用力对酶的负载和颗粒粒度分布影响较大, 在pH＝7.0, TiO₂和木瓜蛋白酶(papain, PA)质量比为7.5∶1时, 固定化酶负载量达121.84 mg/g, 负载率91.38%|杂化凝胶固定化酶尺寸约为0.444 μm左右, 固定化酶在杂化凝胶载体上高度分散. 该杂化凝胶絮凝酶经过5批次反应后相对酶活力能保持在50%以上. 可见由吸附-絮凝法制备的微纳尺度的杂化凝胶固定化酶, 分散性好, 稳定性好, 酶负载量高, 这是一种利用纳米材料和微纳结构进行固定化酶的新途径.     

SiO2-HA/PNIPAm核壳温敏微凝胶的合成及其溶胀性能

以SiO₂纳米颗粒为核,以透明质酸（HA）和聚异丙基丙烯酰胺（PNIPAm）的杂化凝胶（HA/PNIPAm）为壳制备了一系列无机-有机杂化核壳结构单分散微凝胶.该微凝胶具有很好的温度敏感性,其最低临界转变温度（LCST）在34 ℃附近;该微凝胶具有负触变性,且温度高于LCST时负触变性更明显.用动态光散射（DLS）测定了微凝胶颗粒的水动力学粒径随温度的变化关系,实验数据可以用我们早前建立的硬核高分子凝胶分子热力学模型进行关联计算,结果表明只需较少的模型参数就可较好地描述温度响应的核壳结构高分子凝胶的溶胀行为.     

在无机SiO2纳米粒子存在下的苯丙乳液共聚合

研究了在无机SiO₂纳米粒子存在下的苯丙乳液共聚合.选择了能使苯丙乳液稳定存在的乳化剂体系,研究了温度和SiO₂的加入对聚合过程转化率的影响,结果表明,SiO₂的加入对聚合过程有阻聚作用,使单体的转化率降低.SEM照片证明SiO₂粒子已经进入苯丙乳液粒子中,而且SiO₂的加入对乳液制成的膜断面形态有一定影响.实验发现在无机SiO₂纳米粒子存在下,苯丙乳液共聚合时有较多残渣出现,对此通过改进乳液聚合进行了有效地改善.同时对制成的复合材料进行了力学性能和热学性能的测定.     

十七氟癸基修饰的有机-无机杂化二氧化硅膜材料的制备及气体分离性能

以十七氟癸基三乙氧基硅烷(PFDTES)和1,2-双(三乙氧基硅基)乙烷(BTESE)为前驱体, 通过溶胶-凝胶法制备了十七氟癸基修饰的SiO₂溶胶, 采用浸渍提拉法在γ-Al₂O₃/α-Al₂O₃多孔陶瓷支撑体上涂膜, 然后在N₂气氛保护下烧结成完整无缺陷的有机-无机杂化SiO₂膜. 利用扫描电子显微镜对膜材料的形貌进行观察, 通过动态光散射技术对溶胶粒径及分布进行测试, 利用视频光学接触角测量仪、 红外光谱仪和热分析仪表征了十七氟癸基修饰对有机-无机杂化SiO₂膜疏水性的影响. 结果表明, 十七氟癸基已经成功修饰到SiO₂膜材料中, 且随着PFDTES加入量的增大, 溶胶粒径和膜材料对水的接触角不断增大. 当n(PFDTES): n(BTESE)=0.25: 1时, 溶胶粒径分布较窄, 平均粒径为3.69 nm, 膜材料对水的接触角为(112.0±0.4)º. 在修饰后的有机-无机杂化SiO₂膜中H₂的输运遵循微孔扩散机理, 在300℃时, H₂的渗透率达到5.99×10^-7 mol·m^-2·Pa^-1·s^-1, H₂/CO和H₂/CO₂的理想分离系数分别达到9.54和5.20, 均高于Knudsen扩散的理想分离因子, 表明膜材料具有良好的分子筛分效应.     

紫外光引发Pickering乳液聚合制备中空复合微球的研究

用光引发剂2-羟基-4-(2-羟乙氧基)-2-甲基苯丙酮(IHT-PI 659)对纳米SiO₂表面进行接枝使之兼具两亲性及光引发特性|以该功能性纳米SiO₂为稳定剂构筑O/W(水包油)型Pickering乳液|用紫外光引发处于内油相的甲基丙烯酸甲酯单体聚合, 制备出具有中空结构的SiO₂/PMMA复合微球, 采用傅里叶变换红外光谱(FTIR)、热失重分析仪(TGA)、透射电镜(TEM)及扫描电子显微镜(SEM)对复合微球进行了表征, 并提出了紫外光引发Pickering乳液聚合制备中空复合微球的机理.     

新型非线性光学杂化材料结构与性能的研究

由硅烷染料ASD与钛酸四正丁酯在酸性条件下共水解、缩合得到杂化材料,利用透射电镜(TEM)和X射线能量色散谱仪(EDS)进行分析,结果表明,杂化溶胶粒子是由硅和钛的化合物组成的球形纳米粒子.由一维刚性取向气体模型计算杂化材料膜再极化后的二阶非线性光学系数χ⁽²⁾为1.43×10^-7esu.差示扫描量热法(DSC)测得杂化材料的玻璃化温度可达469K;用紫外-可见光谱对杂化膜在极化前后的取向及取向稳定性进行了研究.用原子力显微镜(AFM)和X射线衍射(XRD)研究了材料在极化过程中的结晶行为和微观结构对生色团取向稳定性的影响,初次在这种极化后的膜中观察到了介观结构.     

高温下煤中矿物质对气化反应的影响

利用XRD对1100℃~1500℃高温下矿物质在弱还原气氛中的变化进行考察,并利用RIR对矿物质进行半定量分析,发现随着温度的升高莫来石含量增大,而SiO₂含量下降,符合SiO₂-Al₂O₃二元相图的变化。高温下部分无定形矿物质发生熔融,主要为硅铝酸盐。在煤焦二氧化碳气化过程中,熔融的硅铝酸盐与煤焦表面接触阻碍气化反应进行。利用FT-IR测定了硅铝酸盐结构的变化,说明高温下矿物质对气化反应的影响与硅铝酸盐的聚合程度存在一定的关系。     

苦参碱和槐定碱在多刺激响应性水凝胶薄膜电极上的可调控电化学行为及其逻辑门构建

采用苦参碱(Matrine, MT)和槐定碱(Sophoridine, SR)作为电活性药物分子探针, 考察了聚(N-异丙基)丙烯酰胺(PNIPAM)水凝胶薄膜的刺激响应特性; 并通过循环伏安(CV)法和扫描电子显微镜(SEM)研究了PNIPAM在不同外界刺激条件(如温度、 盐浓度和甲醇)下结构的改变. 在25 ℃时, 药物分子MT和SR在玻碳电极上产生较大的氧化峰电流, 随着温度升高至40 ℃, 药物分子探针的氧化峰电流逐渐减小. 考察了不同Na₂SO₄浓度和不同比例甲醇对PNIPAM水凝胶薄膜的影响, 发现MT和SR的氧化峰电流随着Na₂SO₄浓度(00.45 mol/L)和甲醇比例(040%)的升高而减小. 结果表明, MT和SR可作为分子探针研究PNIPAM水凝胶薄膜对环境的三重刺激响应性开关行为, 并可进一步构筑3-输入/2-输出的逻辑门系统.     

协效剂对膨胀阻燃聚丙烯基木塑复合材料的阻燃增效研究

赋予木塑复合材料(WPC)的阻燃性能成为近年来该领域国内外的研究热点之一。本文通过两轮正交试验,研究8种常见的协效剂对膨胀型阻燃剂(IFRs,m(聚磷酸铵,APP)∶m(季戊四醇,PER)=2∶1)的阻燃增效作用,筛选出具有显著协效作用的协效剂组MgO/EG(可膨胀石墨)/SiO_2,其组成为m(MgO)∶m(EG)∶m(SiO_2)=1∶5∶5,其与IFRs的最佳配比为m(IFRs)∶m(MgO/EG/SiO_2)=1∶0.18,得到性能良好的阻燃型聚丙烯基木塑复合材料。通过热重分析(TGA)和锥形量热分析(CONE)评价IFRs及协效剂组对聚丙烯(PP)基木塑复合材料(WPC)热稳定性能和阻燃性能的影响。结果表明,IFRs及MgO/EG/SiO_2的加入可以有效提高WPC的热稳定性,WPC/IFRs/MgO/EG/SiO_2600℃的残炭率达到22.42%。WPC/IFRs的热释放速率峰(PHRR)、总热释放量(THR)和总烟释放量(TSP)相比于WPC分别降低了21.9%、8.7%和22%。MgO/EG/SiO_2的加入可以进一步提高IFRs的阻燃效率,WPC/IFRs/MgO/EG/SiO_2的PHRR和THR相比于WPC分别降低了33.0%和13.8%。     

以钙钛矿型复合氧化物为前驱体构筑La-Ce氧化物修饰的Pt-Co纳米双金属催化剂及其对CO氧化的性能

利用钙钛矿型复合氧化物(PTO)可以将多种金属离子限域并均匀混合于钙钛矿晶格中的特点,提出了一种构筑氧化物修饰的纳米双金属催化剂团簇的新构想。以担载于大比表面积SiO_2上的钙钛矿型复合氧化物La_(1-y)Ce_yCo_(0.87)Pt_(0.13)O_3/SiO_2作为前驱体,将La、Ce、Co和Pt多种金属离子均匀混合并限域于PTO晶粒中,还原后得到Pt-Co/La-Ce-O/SiO_2催化剂;通过氮气吸附-脱附、XRD、H2-TPR和TEM等手段对Pt-Co/La-Ce-O/SiO_2催化剂进行了表征,考察了其对CO氧化的催化性能,研究了构效关系。结果发现,La-Ce-O-Pt-Co构成了纳米团簇,担载于SiO_2表面,形成了Pt-Co纳米双金属颗粒; Co修饰Pt提高了其催化活性,而添加Ce进一步改善了其催化性能。当Ce含量(y)为0.2时,催化剂La_(0.8)Ce_(0.2)Co_(0.87)Pt_(0.13)O_3/SiO_2的活性最佳,在120℃下即可实现CO完全转化,且在含体积分数15%H_2O及12.5%CO_2的气氛中仍具有较好的催化性能。稳定性测试表明,所制得的Pt-Co/La-Ce-O/SiO_2催化剂具有良好的稳定性和抗烧结性能。     

气相法合成偏二氯乙烯的高稳定CsNO3/SiO2催化剂

用浸渍法制备CsNO₃/SiO₂催化剂,用于气相催化裂解1, 1, 2-三氯乙烷(TCE)制偏二氯乙烯(VDC)反应,考察了反应温度对CsNO₃/SiO₂催化剂失活的影响。研究发现,在较低反应温度( < 350 ℃)时, CsNO₃/SiO₂催化剂容易失活,在较高反应温度(> 400 ℃)时催化剂的活性较高且不易失活。反应后CsNO₃/SiO₂催化剂中CsNO₃物种转变为CsCl,催化剂表面存在积炭。导致催化剂失活的主要原因不是Cs物种转变和积炭,而是含氯反应产物在低温反应时难以从催化剂表面脱附。这些含氯反应产物能够高温脱附,从而使低温反应失活的催化剂再生。CsNO₃/SiO₂催化剂在400 ℃下100 h寿命实验中, TCE转化率和VDC选择性分别稳定为98%和78%,具有较好的工业应用前景。     

Cu+/SiO2-ZrO2催化剂的制备及其催化甲醇氧化羰基化性能

采用溶胶-凝胶法制备了SiO₂-ZrO₂复合氧化物载体,通过和CuCl₂进行离子交换制备了Cu⁺/SiO₂-ZrO₂催化剂,并研究其催化甲醇液相氧化羰基化合成碳酸二甲酯性能。结果表明,Zr以离子形式进入无定型SiO₂骨架结构中形成Si－O－Zr键,同时产生较强的B酸中心。CuCl₂通过热处理自还原为CuCl分散在SiO₂-ZrO₂载体表面,并与载体表面B酸发生离子交换形成Cu⁺物种,从而保留了活性金属组分Cu,脱除大部分的Cl元素,改善催化剂失活和设备腐蚀等问题。当焙烧温度为450℃时,催化剂表现出良好的催化活性,CH₃OH转化率、DMC选择性和时空收率分别达到10.0%、79.4%和1.45g/(g·h)。
     

金属助剂对Ni/SiO2催化剂苯甲醚加氢脱氧性能的影响

采用等体积浸渍法制备了Ni/SiO₂及Ni与金属助剂M（M=Fe、Co、Cu、Zn及Ga）物质的量比为30的Ni基双金属催化剂（记作Ni₃₀M/SiO₂）,利用H₂-TPR、XRD、H₂化学吸附、NH₃-TPD以及N₂物理吸附-脱附等手段对催化剂进行了结构表征,研究了不同助剂对催化剂结构与苯甲醚加氢脱氧性能影响。结果发现,金属助剂影响了催化剂前驱体中镍物种的还原性能,表明金属助剂及镍之间存在一定相互作用。Ni₃₀M/SiO₂中Ni-M双金属晶粒粒径和Ni/SiO₂中金属Ni晶粒粒径相近。由于表面张力较低的金属会在双金属晶粒表面富集,Ni₃₀M/SiO₂的H₂化学吸附量不同程度地低于Ni/SiO₂。另外,Ni₃₀M/SiO₂催化剂的酸量（尤其较弱酸中心酸量）高于Ni/SiO₂。在300℃、常压、苯甲醚质量空速1.0 h^-1及H₂与苯甲醚物质的量比为25：1条件下考察了各催化剂苯甲醚的加氢脱氧性能。Ni₃₀M/SiO₂上苯甲醚转化率不同程度低于Ni/SiO₂,原因在于Ni₃₀M/SiO₂催化剂H₂化学吸附量较低。Ga及Zn改性催化剂上三苯（包括苯、甲苯及二甲苯）选择性分别为81.7%和76.8%,高于Ni/SiO₂（71.5%）,且Ni₃₀Ga/SiO₂及Ni₃₀Zn/SiO₂上三苯收率（分别为65.0%及63.8%）高于或接近于Ni/SiO₂（63.7%）。Ni/SiO₂及Ni₃₀M/SiO₂催化剂中,Ni₃₀Zn/SiO₂具有较高甲基转移能力及较低C-C键氢解活性。从提高碳收率、降低耗氢量角度而言,Ni₃₀Zn/SiO₂具有较佳的加氢脱氧性能,与Ni和Zn之间作用及Zn亲氧性高于Ni有关。     

抗烧结Rh-Sm_2O_3/SiO_2催化剂的制备和表征及其甲烷部分氧化制合成气性能

以乙酰丙酮铑(Rh(acac)_3)和乙酰丙酮钐(Sm(acac)_3)为前驱体,用浸渍法制备了Rh/SiO_2和Rh-Sm_2O_3/SiO_2催化剂。采用原位红外光谱、热重分析、低温N_2吸附、X射线粉末衍射、高分辨透射电子显微镜、H_2-程序升温还原和X射线光电子能谱等实验技术对催化剂的制备过程,比表面积和物相以及Rh与Sm_2O_3间的相互作用进行了表征,并以甲烷部分氧化制合成气为目标反应对催化剂的稳定性进行了考察。研究表明:以Rh(acac)_3和Sm(acac)_3为前驱体采用简单的浸渍法即可制备出Rh平均粒径为2.3 nm且具有良好抗烧结性能的Rh-Sm_2O_3/SiO_2催化剂。在浸渍过程中乙酰丙酮化合物通过与SiO_2表面羟基形成氢键而负载于载体表面。Sm(acac)_3在SiO_2表面的单层负载量(质量分数)约为31%,对应于Sm_2O_3的质量分数约为15%,只要Sm(acac)_3的质量分数低于这一阈值,均可保证分解后生成的Sm_2O_3以高分散形式负载于SiO_2上,且不会因高温(800°C)焙烧而团聚。高分散于SiO_2表面的Sm_2O_3与Rh之间存在强的相互作用,可显著提高Rh的分散度,防止其在高温反应条件下烧结,进而使低Rh负载量的催化剂表现出良好的甲烷部分氧化制合成气反应活性和稳定性。