金纳米棒自组装的研究进展

金纳米棒具有独特的光电性能,其自组装形成的功能组装体能够展现出更加优异的整体协同性能,在纳米材料科学和生物医学领域中有广泛而重要的应用前景.本文从诱导自组装各种驱动作用力的角度,综述了金纳米棒自组装的最新研究进展,具体内容包括:表面张力引发的自组装、化学作用驱动如静电作用或氢键作用等引发的自组装以及生物分子识别作用引发的自组装.     

主客体相互作用和自组装方法构建水溶性的金纳米粒子网络

纳米材料具有与许多奇异的尺寸相关的物理化学性质,因而引起研究者广泛的关注．控制纳米材料的形貌,如纳米粒子、纳米棒和纳米线等是目前研究的热点．与这些纳米材料相比,纳米网络具有广泛应用前景．例如,这种纳米网络可以应用于高集成度的电子元件．同时纳米网络中的空腔可以用作承载酶和药物等,应用于酶催化反应和药物控制释放等领域．为了满足这些应用要求,     

金纳米棒在超疏水表面的组装行为研究

采用了"烟囱效应"以及超疏水表面作为基底这两项外力作用来将金纳米棒进行组装。借用"烟囱"技术的侧面向心力所产生的向心空气气流,以及超疏水表面上液滴收缩产生的应力对纳米粒子的向心挤作用,得到了金纳米棒垂直于基片致密排列的特殊的组装花样以及金纳米棒水平短程有序的致密排列的组装花样。这种简便的组装方法不仅对纳米器件的应用有着重要的影响,而且可以广泛地适用于其他的纳米粒子的二维有序组装以得到不同的功能性的纳米组装体。     

尺寸可控的金纳米粒子在功能化的MWNTs表面的自组装

提出了一个有效的、以晶种媒介的光化学法可控生长不同尺寸的胶体金纳米粒子在多壁碳纳米管(MWNTs)表面的自组装.方法基于羧基化的MWNTs以双官能团巯基乙酸分子化学修饰而连接上巯基,随后,不同尺寸的胶体金纳米粒子以共价结合的方式分别被直接锚定在其表面,从而获得良好的Au/MWNTs杂化材料.通过UV-Vis光谱、TEM和XRS等技术对胶体金纳米粒子、Au/MWNTs复合物及其自组装过程的表征,详细研究了金纳米粒子尺寸对功能化MWNTs表面自组装的影响,结果表明,直径为2.5～5.2nm范围很好分散的金纳米粒子能够很好自组装在平均直径约20nm的功能化MWNTs表面上.同时探讨了双官能团分子的化学修饰和金纳米粒子对MWNTs表面自组装的驱动力。     

纳米金表面二元自组装及其电泳表征

用DNA饱和包被纳米金,再用巯基己醇(MCH)和4-巯基苯甲酸(MBA)取代纳米金表面的DNA,在纳米金表面形成二元单分子层;用MBA饱和包被纳米金,用DNA取代纳米金表面的MBA,在纳米金表面形成二元单分子层;用凝胶电泳对二元单分子层的自组装过程进行表征。实验结果表明,含有MBA的二元单分子层能使纳米金稳定的分散于水溶液,而含MCH的二元单分子层中,MCH量过大时易使纳米金发生凝聚;在纳米金表面DNA取代MBA比MBA取代DNA更容易。     

第三次纳米自组装制备大孔主客体催化材料

本文提出了第三次纳米自组装的正向胶束、反向胶束法,并利用其制备了一种大孔主客体催化材料．以二次纳米自组装Al2O3为主体,根据压汞法,正向胶束法制备的催化材料孔容为0．62～0．80cm^3／g、比表面积为123～137mZ／g、平均孔径为20～23．3nm,孔径分布大于30nm范围的可达58．69％,堆积密度为0．43—0．55g／cm^3,活性金属负载量可达36．99％;由氮气吸附法,反向胶柬法制备的催化材料具有0．74cm^3／g的孔容、262m2／g的比表面积、11．8nm的平均孔径．结果显示,活性金属以球形或棒状的结晶态存在于主体表面,其中,正向胶束法中为直径2-3nm的微晶态纳米粒子,反向胶束法中为直径0．1μm、长1-2．5μm的棒状体．采用催化裂化柴油和催化裂化重循环油（1：2,体积比）混合而得油品对FA．Z20进行50h加氢评价实验,其单位体积活性金属的脱硫率、脱氮率、脱芳烃率（四环、五环）分别为参比剂的4．6、2．1和4．7倍,初活性良好,具有较强的抗结焦性能．     

PAA模板体系中CuS纳米棒的自组装合成

合成不同相对分子质量的聚丙烯酸(PAA),并以之为模板,在稀溶液中利用离子的自组装合成CuS中空纳米棒,棒平均直径在60~70 nm之间。结果表明,PAA可很好地作为室温下合成CuS纳米棒的模板剂,体系的pH值、PAA浓度、PAA相对分子质量等条件对生成物的微观形态均有影响。     

金纳米粒子组装结构中的表面重组现象

以纳米粒子为基本结构单元构筑的各种二维或三维超晶格结构受到了广泛的重视［１］．人们的兴趣一方面来源于在纳米尺度上控制材料结构 ,另一方面则因为组织化的纳米材料或结构具有独特的性质 ,以期在非线性光学、纳米电子学等前沿领域得到应用［２］．当前研究最多的结构形式是固体表面上的纳米粒子阵列或单层薄膜 ,通常是胶体粒子靠某种特殊相互作用吸附或沉积在固体表面上（亦称为“纳米粒子在表面上的组装［３］”） ,因此对纳米粒子及固体表面进行功能化的修饰 ,从而控制纳米粒子在表面上的排列和聚集状态 ,是制备这类复合结构的核心问…     

金纳米粒子在氨基表面上的组装-pH值的影响

用原子力显微镜（AFM）和表面增强喇曼光谱（SERS）研究了pH值对金纳米粒子在Au／巯基苯胺自组装膜表面上组装效果的影响．AFM结果表明，金纳米粒子在表面上的覆盖度随pH值表现出规律性的变化，巯基苯胺自组装膜的SERS强度随pH值的变化也有类似的趋势．在磁性环境下，氨基未质子化，金粒子难以组装上，而在酸性条件下，氨基质子化带正电，金粒子与基底容易结合．我们认为金纳米粒子和氨基之间的作用属于静电力，pH值同时影响膜表面氨基的质子化程度和金纳米粒子表面的带电量．     

金纳米粒子在平整硅基表面上的组装

采用水相硅烷化方法,将３－氨基丙基－三甲氧基硅烷（ＡＰＳ）组装在湿化学法处理的单晶硅表面上。接触角、原子力显微镜（ＡＦＭ）、Ｘ射线光电子能谱（ＸＰＳ）表征结果显示得到了平整均匀的具有氨基表面的自组装膜。ＳＥＭ观察表明,１６ｎｍ的金纳米粒子可以在上述氨基表面上形成均匀的亚单层排布,得到了具有Ａｕ纳米粒子／ＡＰＳ／Ｓｉ形成的纳米复合结构,进一步的处理可以使金纳米粒子在表面上的排列由随机趋于有序化。     

主客体组装构建环糊精修饰基因微载体的研究

合成了二茂铁接枝聚乙烯亚胺( PEI-Fc),利用二茂铁与β-环糊精的主客体嵌套作用制备了环糊精修饰聚乙烯亚胺,核磁测定结果显示,每条PEI-Fc链上通过主客体作用嵌套的CD平均为26个.这种基于弱相互作用力的β-环糊精修饰聚乙烯亚胺能有效诱导DNA分子的缔合,在N/P值达到3以上时,可形成表面为正电荷、粒径为150 ～ 250 nm的球形粒子.在含10％胎牛血清的DMEM体外细胞培养基中,由于培养基中的蛋白质能够在粒子表面发生静电吸附,PEI-Fc/CD/DNA基因微载体显示出良好的稳定性.HEK293细胞培养结果显示,以表达绿色荧光蛋白的质粒pEGFP为模型,以N/P值为10的PEI/DNA组装体作为对照,N/P值为3、5和10的PEI-Fc/CD/DNA组装体的转染效率均达到对照组的2～3倍,这种基于主客体组装构建的环糊精修饰基因微载体显著提高了基因转染效率.     

金纳米棒组装体表面等离子体共振耦合效应的FDTD模拟

贵金属纳米结构的光学性质与其尺寸、形貌、介质环境等因素的相关性是基础研究领域的重要内容. 本文利用时域有限差分（FDTD）方法,计算了不同构型二聚体和多聚体的表面等离子体共振（SPR）特性. 研究了金纳米棒结构和组装方式对SPR耦合效应的影响,模拟结果与实验规律比较吻合. 金纳米棒二聚体的光吸收结果表明：对于肩并肩（S-S）的组装体,随着间隙的减小,金纳米棒的横向SPR（SPR_T）峰有较小的红移,而纵向SPR（SPR_L）峰显著蓝移. 对于端对端（E-E）的组装体,随着组装体间隙的减小,金纳米棒的SPR_T峰无明显移动,而SPR_L峰显著红移,并在近红外较长波段范围内出现新的共振峰,其强度随着间隙的减小而增强;结合弹簧振子模型和纳米颗粒在外电场作用下的极化,对组装体共振吸收峰的移动和新的耦合共振峰的出现提出了初步的解释.     

硫醇类配体修饰金纳米粒子在嵌段共聚物中自组装的研究进展

本文综述了不同类型硫醇配体修饰金纳米粒子的合成方法以及功能性金纳米粒子在嵌段共聚物薄膜中的自组装研究进展,重点介绍了硫醇类配体修饰金纳米粒子的合成方法,包括Brust合成法、原位合成法、grafting from合成法、配体置换法、单晶模板法等。总结了硫醇基小分子或聚合物配体修饰的金纳米粒子与嵌段共聚物之间自组装的调控方法,如利用配体与嵌段共聚物组分的隔离作用、配体与嵌段共聚物组分形成的氢键作用、溶剂蒸气退火或热退火等诱导嵌段共聚物/纳米粒子复合薄膜自组装。展望了功能性金纳米粒子以及嵌段共聚物/金纳米复合材料的发展方向。     

金纳米棒组装体表面等离子体共振耦合效应的FDTD模拟

贵金属纳米结构的光学性质与其尺寸、形貌、介质环境等因素的相关性是基础研究领域的重要内容.本文利用时域有限差分(FDTD)方法,计算了不同构型二聚体和多聚体的表面等离子体共振(SPR)特性.研究了金纳米棒结构和组装方式对SPR耦合效应的影响,模拟结果与实验规律比较吻合.金纳米棒二聚体的光吸收结果表明:对于肩并肩(S-S)的组装体,随着间隙的减小,金纳米棒的横向SPR(SPRT)峰有较小的红移,而纵向SPR(SPRL)峰显著蓝移.对于端对端(E-E)的组装体,随着组装体间隙的减小,金纳米棒的SPRT峰无明显移动,而SPRL峰显著红移,并在近红外较长波段范围内出现新的共振峰,其强度随着间隙的减小而增强;结合弹簧振子模型和纳米颗粒在外电场作用下的极化,对组装体共振吸收峰的移动和新的耦合共振峰的出现提出了初步的解释.     

层层自组装纳米金与乙酰胆碱酯酶电化学生物传感器检测有机磷农药

采用层层自组装技术制备了快速检测有机磷农药的生物传感器,利用带正电荷的高分子聚电解质聚二烯丙基二甲基氯化铵(PDDA)将乙酰胆碱酯酶(AChE)和金纳米粒子(AuNPs)通过静电力逐层固定到玻碳电极(GCE)表面,并采用交流阻抗和微分脉冲伏安法研究了此生物传感器的电化学行为。由于金纳米粒子优异的电催化性能和良好的生物相容性,使固定化的乙酰胆碱酯酶对其底物具有更高的亲和力和更快的响应速度。实验结果表明:修饰金纳米粒子后,传感器的氧化电流明显增大,在4.6×10-5～5.3×10-3mol/L范围内,固定化酶的抑制率与甲基对硫磷浓度的对数成正比,检出限为7.6×10-6mol/L。该生物传感器具有制备方法简便、成本低、灵敏度高等优点,已成功用于蔬菜样品中甲基对硫磷含量的测定。     

基于金纳米棒和超氧化物歧化酶层层自组装的超氧自由基生物传感器

超氧自由基（O2·-）检测对于研究氧化损伤有关的生化及病理过程具有重要意义.本文基于金纳米棒/超氧化物歧化酶层层自组装方法构建了一种新型超氧自由基电化学传感器.通过带正电的十六烷基三甲基溴化铵（CTAB）包裹的金纳米棒（AuNRs）与带负电的超氧化物歧化酶（SOD）在半胱氨酸（Cys）修饰的金（Au）电极上层层自组装制备了（SOD/AuNRs）2/Cys/Au电极,证明了金纳米棒/SOD双层组装膜能有效增强SOD与电极之间的电子转移,并且该电极中的SOD保持有良好的生物活性,可在还原电位下实现O2·-电催化还原,从而达到检测O2·-的目的.该超氧自由基电化学传感器表现出了良好的电分析性能,其检测线性范围为200nM～0.2mM,检测限为100nM（S/N=3）,灵敏度为22.11nAcm-2μM-1,响应时间为5s.此外,该传感器还显示了较好的稳定性以及排除常见共存物过氧化氢、尿酸和抗坏血酸等干扰的能力.因此,对于第三代超氧化物歧化酶传感器的制作来说,酶与纳米材料层层自组装方法能够提供一种有效的电极构建方式.     

明胶-聚丙烯酸纳米微球的一维自组装制备纳米棒

明胶-聚丙烯酸纳米微球可在4℃下自组装形成纳米棒,所形成的纳米棒结构规整并具有与纳米微球相同的直径.通过观察纳米棒形成的中间状态,发现该纳米棒由明胶-聚丙烯酸纳米微球一维排列而成.由于只有在较低温度下纳米微球才能形成棒状结构,并且圆二色性光谱数据证明明胶-聚丙烯酸纳米微球表面的明胶分子具有在低温下复性成为三螺旋构象的能力,因此可以推断明胶-聚丙烯酸纳米棒是由纳米微球表面的明胶分子通过复性为三螺旋结构所产生的氢键以及静电等力的作用一维自组装而形成的.     

基于HDT自组装金纳米粒子修饰电极的微囊藻毒素-LR电化学免疫传感器研究

构建了一种新型的基于金纳米粒子(Au NPs)修饰金电极的微囊藻毒素-亮氨酸-精氨酸(MCLR)电化学免疫传感器。采用柠檬酸钠还原法制备了Au NPs溶胶,分别用透射电子显微镜和紫外-可见吸收光谱对其进行表征。将Au NPs组装到1,6-己二硫醇(HDT)自组装单分子层修饰的金电极表面,再将MCLR抗体(anti-MCLR)固定于该修饰电极上,利用扫描探针显微镜法、循环伏安法和电化学交流阻抗法(EIS)表征了自制化学修饰电极表面的形貌特征和电化学免疫传感器的电化学特征。通过辣根过氧化物酶标记的MCLR(MCLR-HRP)与MCLR竞争结合抗体,建立了检测MCLR的差分脉冲伏安法(DPV)。在最佳实验条件下,用DPV对MCLR检测的线性范围为0.01~25μg/L,检出限为0.005μg/L。对构建的免疫传感器的重现性、稳定性和选择性进行了考察。该方法对实际水样中MCLR的加标回收率为100%~102%,测定结果与高效液相色谱法的测定结果一致。     

α-环糊精/聚乙二醇自组装超分子纳米药物载体

研究了一种新型超分子纳米药物载体的制备方法及其药物释放性能. 将α-环糊精(α-CD)穿入肉桂酸改性的PEG分子链形成包含复合物(inclusion complex, IC), 通过超分子自组装成为纳米粒子. 将抗肿瘤药物阿霉素负载到纳米粒子中, 研究药物释放行为及其对肿瘤细胞的抑制效果. 以核磁共振(1H NMR)、X射线衍射(XRD)、紫外吸收光谱(UV)、动态光散射(DLS)、扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)和原子力显微镜(AFM)表征了纳米粒子的结构和形貌, 用激光共聚焦显微镜(Confocal)研究了载药纳米粒子在细胞内的分布及其对肿瘤细胞的抑制效果. 结果显示超分子纳米粒子具有很好的生物相容性和药物缓释作用, 载药纳米粒子对肿瘤细胞具有很好的杀伤效果.     

纳米粒子微囊的界面自组装

微囊是一类重要的功能性材料,在生物医药研究领域有重要用途。微囊的囊壁构建材料一般为脂质体和聚合物。以纳米粒子作为囊壁可将纳米粒子独特的物理化学性质整合到微囊中,使微囊具有机械强度高、渗透性可控、表面易于修饰和容易实现负载物的可控释放等特点,这种新型微囊在生物转运研究领域有潜在的应用前景。本文综述了以纳米粒子作为囊壁的微囊自组装研究进展,介绍了微囊自组装基本理论、囊壁的构建方法、微囊多分散性的改善方法,最后对纳米级微囊的自组装所面临的技术难点进行了讨论,并对纳米级微囊自组装的发展方向进行了展望。