分子纳米技术与金属有机分子纳米体系

基于超分子自组装的分子纳米技术是一种新兴的高新技术。本文从金属矢量操纵的自组装分子纳米体系、自组装的纳米微反应器与超分子催化和自组装金属超分子高分子纳米材料等三个方面评述了分子纳米技术及其在构筑金属有机分子纳米体系中的发展现状 ,进一步阐述了“金属矢量”的概念 ,并首次提出建立“自组装子工具箱” ,探讨了分子纳米技术的发展方向。     

纳米团簇的超分子自组装

在纳米材料的应用过程中, 纳米团簇或纳米粒子的组装将是非常关键的一步。纳米团簇的超分子化学组装方法可分为两类, 即胶态晶体法和模板法。胶态晶体法是利用胶体溶液的自组装特性将纳米团簇组装成超晶格, 可得到二维或三维有序的超晶格。模板法是利用纳米团簇与组装模板间的识别作用来带动团簇的组装, 可应用的模板有固体膜、单分子膜、有机分子、生物分子等。其中, 单分子膜模板是研究最多也是最为成熟的一种; 生物分子间严密的分子识别功能使其成为非常有发展前途的组装模板, 而且用生物分子模板有可能实现不同纳米团簇间的组装。     

苝酰亚胺和大环化合物的超分子组装(英文)

苝酰亚胺及其衍生物是一类具有良好的π…π堆积能力和优良的光电性能的n型半导体材料,通过该类化合物与大环化合物构筑纳米超分子组装体是近年来化学、材料科学和纳米科学等领域备受关注的研究之一。本文主要论述了近年来以共价或非共价的方法将超分子大环化合物引入到苝酰亚胺体系构筑出各种纳米功能超分子组装体的研究进展,可以认为超分子大环化合物与苝酰亚胺的组装不仅可以调节苝酰亚胺的光物理行为,而且还可以赋予超分子组装体很多新颖的物理化学特性,使其在传感材料和光电器件等方面展现出很大的潜在应用价值。这些研究极大地拓展了构筑新颖苝酰亚胺纳米超分子组装体的方法。我们相信本文对于进一步构筑具有特定结构和功能的苝酰亚胺-大环化合物超分子组装体将起到积极的促进作用。     

荧光无机/有机杂化纳米分子口袋的构建

利用能量匹配原则将无机半导体ZnO纳米粒子与有机半导体四苯基卟啉四羧酸(TCPP)分子进行组装, 在无机-有机组分之间的界面构建了杂化纳米分子口袋ZNPs-TCPP, 该纳米分子口袋对四苯基卟啉(TPP)分子具有高选择性识别功能, 同时其荧光增强了5倍以上, 并成功地将该杂化纳米分子口袋用于肺腺癌细胞(A549)的细胞成像.     

超分子体系中自组装基元的相互作用与理论设计

超分子体系中最典型的应用之一即是合理选择自组装构筑基元并精确调控其相互作用的协同效果,进一步制备具有光、电、自修复等特征的功能材料.为了实现精确调控自组装基元之间相互作用的目标,需要在微观层次认识不同类型非共价键相互作用的本质,正确描述它们协同的效果,进一步协调考虑体系熵与焓的贡献,合理设计自组装构筑基元.本文主要介绍了在超分子弱相互作用的精确描述、计算机模拟中静电长程相互作用的正确处理、接枝聚合物纳米粒子结构的微观特征以及聚合物/纳米粒子复合物聚集结构的影响因素等方面的研究进展.     

基于分子纳米粒子的巨型分子

本文聚焦于一类非传统的高分子结构,也即基于分子纳米粒子(或称纳米原子,nano-atoms)的巨型分子(giant molecules)。分子纳米粒子是具有确定化学组成、分子对称性和表面官能团的三维刚性笼状骨架结构。巨型分子是利用分子纳米粒子基元构筑的具有精确结构的高分子。受到蛋白质中结构域概念的启发,我们提出经过表面官能化修饰的分子纳米粒子可以作为合成高分子的结构域和功能域,通过逆功能分析,结合包括点击化学在内的高效化学反应,来实现巨型分子的快速模块化合成、可控组装和功能评估,并利用其中得到的构效关系,更为系统地理解材料的性质和指导材料的进一步优化设计。同时,这种新型高分子也可被看成是尺寸放大的小分子。它的许多有趣的自组装行为和相应小分子既有相似之处,又有截然不同之处。比如,巨型表面活性剂在溶液中能像小分子表面活性剂一样组装成为尾链被拉伸的胶束,在本体中则像嵌段聚合物一样形成纳米相分离的结构。这些组装展现出对于一级化学结构不同寻常的敏感性,并容易形成一些非传统的罕见相态,包括Frank-Kasper相态、在低分子量层状晶体PEO中出现的非整数折叠以及在溶液组装中出现的多级结构。因此,我们认为巨型分子作为功能材料在将来的技术领域中将具有广阔的应用前景。     

超分子聚合物凝胶

作为非常重要的软物质材料,超分子聚合物凝胶代表了一个全新的概念和更复杂的凝胶体系.这种新型的超分子体系的构建,是基于多种非共价相互作用协同的多层次组装.即小分子构筑基元首先组装成为超分子聚合物,而这些非共价聚合物的多层次组装形成凝胶的纳米结构.超分子聚合物凝胶无论是在结构上,还是在性能上都具有很多崭新的特点.因此,尽管有关超分子聚合物凝胶的研究开展的时间还很短,这一体系所表现出的独特性以及巨大潜力已经引起科学家们越来越广泛的关注.本文简要综述了这一领域的最新进展.主要论述基于多种非共价相互作用的超分子聚合物凝胶的构建以及对其力学性能的调控.     

分子工程学

分子工程学以体系的功能为导向,在分子水平上进行结构设计与施工,探索功能、结构与合成三者之间的关系原理,发展合成、制备与组装方法学,研究结构基元本征性质和构效关系。本文讨论了建设分子工程学这一新学科的重要性,介绍了自发单层分散原理与CO吸附剂、纳米结构光电功能体系、金属纳米簇基催化剂、表面分子多孔网络的精确可控组装以及功...     

光调控一维/二维纳米组装体的可逆转换

正控制生物分子组装成具有特定形貌和功能的纳米组装体是当今材料化学和超分子化学的研究热点~1。目前,科学家通过分子自组装构筑了大量形貌各异的超分子组装体,并对其性能进行了探究;其研究重点主要集中在控制组装体的组装和解组装。如何有效的控制分子组装成特定的组装体面临着重大挑战,但对拓宽超分子材料的应用具有重要的促进意义~2。最近,南开大学元素有机国家重点实验室刘育教授课题组构筑了能够可逆转换的一维纳米管     

基于芳香分子-糖类手性超分子组装体及功能

手性超分子组装体广泛存在于自然界中,因其在材料、化学和生物学等领域广阔的应用前景,引起了科学家们极大的兴趣。其中以糖类分子作为手性源,经分子自组装构筑手性超分子组装体的研究已成为超分子化学领域的研究热点之一。本文综述了基于糖类修饰的苝酰亚胺分子、偶氮苯分子、联苯类分子和卟啉类分子等芳香分子化合物经自组装构筑的手性超分子组装体,介绍了其在有机溶剂和水的混合溶剂、水中的凝胶性质,超分子手性特征和功能,糖分子类型与超分子组装体手性间的关系等,并对基于糖类的手性超分子组装体的前景进行了展望。     

具有纳米孔洞的金属-有机超分子聚合物与功能材料

本文介绍了近几年来一个热门的研究领域－纳米超分子笼和具有纳米孔洞的金属－有机聚合物的研究现状和发展趋势。目前该领域的研究主要集中在：设计合成有机桥联配体并与金属离子自组装成各类具有纳米孔洞的超分子化合物和一维、二维或三维的金属－有机聚合物,应用结构化学研究手段,研究它们的自组装规律、空间结构、电子结构及其物理化学性能,寻找这两类化合物在生物工程与功能材料等领域中的应用。     

具有纳米孔洞的金属-有机超分子聚合物与功能材料

本文介绍了近几年来一个热门的研究领域-纳米超分子笼和具有纳米孔洞的金属-有机聚合物的研究现状和发展趋势。目前该领域的研究主要集中在:设计合成有机桥联配体并与金属离子自组装成各类具有纳米孔洞的超分子化合物和一维、二维或三维的金属-有机聚合物,应用结构化学研究手段,研究它们的自组装规律、空间结构、电子结构及其物理化学性能,寻找这两类化合物在生物工程与功能材料等领域中的应用。     

基于横向分子间氢键的棒-线型分子自组装研究进展

棒-线(Rod-Coil)型分子的合成及其自组装行为研究是当前超分子材料研究领域的重要研究方向. 与传统的柔性(Coil-Coil)型嵌段聚合物和Rod-Coil型嵌段聚合物相比, Rod-Coil型分子表现出不同的相行为、自组织特性和微结构, 可以自组装形成多种纳米结构. 研究结果显示, 横向分子间氢键是Rod-Coil型分子自组装形成液晶相和(或)有机凝胶等自组装体的主要驱动力. 主要介绍目前文献报道的横向分子间氢键驱动下的Rod-Coil型分子自组装.     

苯丙氨酸二肽类分子自组装:分子设计、结构调控与材料应用

近年来,苯丙氨酸二肽类分子的自组装研究受到了广泛关注,已成为超分子化学、生物材料科学研究的前沿领域之一。苯丙氨酸二肽类纳米组装体因具有结构多样、易功能化以及良好的生物相容性等优点,在纳米制造、组织修复等方面展示出巨大的应用潜力。本文从分子设计、组装结构调控与材料应用三个层次系统综述了苯丙氨酸二肽类分子自组装的研究进展。首先总结了苯丙氨酸二肽类分子的修饰改性,包括乙酰基、芳香环、氨基酸、短肽等基团。然后,重点介绍了苯丙氨酸二肽类分子自组装的调控策略和方法,如溶剂、界面、气相、多组分共组装和酶催化组装。最后,介绍了苯丙氨酸二肽类自组装材料在纳米材料合成、传感检测、药物传递及组织修复等方面的应用现状,并分析了该领域今后的发展方向。     

多重氢键超分子聚合物

超分子聚合物是通过单体单元间的可逆非共价作用(包括氢键、π-π相互作用和金属配位作用等)形成的,由于非共价键的方向性和强度,这类聚合物显示了许多有趣的功能,例如刺激响应性和纳米结构自组装.本文总结了近三年来多重氢键超分子聚合物在改善聚合物性能、形成复杂分子构造、自组装纳米结构等方面的作用,并对超分子聚合物的应用进行了展...     

聚合物分子刷在纳米载体领域的应用

聚合物分子刷是一种通过共价键连接的单分子纳米材料,与通过超分子自组装获得的纳米组装体相比,其在复杂的生理环境中具有更好的循环稳定性.另外,可以通过调控聚合物分子刷主链与侧链的相对长度,即调控长径比,获得类似于球状、棒状、蠕虫状的纳米颗粒,为研究具有相同化学组成不同形貌的纳米颗粒的生理行为提供了研究平台.因此,本文总结了近十年来聚合物分子刷在小分子药物输送、基因负载、生物成像等纳米医学领域的相关研究进展,并展望了聚合物分子刷在纳米医学领域的发展前景.     

基于核酸框架的分子机器

分子机器是一种由分子构建的微型设备,在受到适当的刺激如光、温度、pH或电磁场时,它能够在分子水平上执行类似宏观机器的机械运动.然而,分子机器的研究仍面临着许多技术挑战,包括如何精确控制分子机器的运动,如何构建大规模的分子机器系统等.作为有潜力的分子自组装技术,利用DNA纳米技术可以构建复杂的刺激响应纳米机器并精确调控其在分子水平的运动.本文中,我们简单介绍了DNA纳米技术的组装原理,综述了响应DNA链置换、光、热、pH和电场等不同类型刺激的核酸框架分子机器,并探讨了它们在药物递送、构建三维等离子体光学器件以及作为生物分子标尺等方面的应用.     

[60]富勒烯的超分子自组装研究进展

超分子自组装是发展超分子电子学的重要途径。随着纳米科学和技术的迅速发展,自组装技术已成功地应用于纳米尺度物质的维数、形貌和功能等的调控。作为构筑分子水平上一维、二维、三维有序功能结构和高有序分子聚集态结构的关键技术,超分子自组装技术有力地推动了具有优良光、电、磁性能的分子材料和纳米功能材料更深层次的研究。本文综述了超分子自组装在富勒烯科学领域的基础研究和应用,特别是对有利于自组织和自组装功能的富勒烯基衍生物的设计与合成、超分子作用力引导的具有特定结构的分子体系的可控自组装、以及富勒烯分子聚集态结构材料的光物理过程、超分子中电子转移和能量转移现象进行了描述;并对卟啉、四硫富瓦烯、碗烯和杯芳烃等一系列富π电子化合物和大环主体分子等包含[60]富勒烯的主体化合物的超分子作用和超分自组装体以及通过氢键、π-π作用、静电力和范德华力和金属配位作用形成的[60]富勒烯超分子自组装体进行了总结,对未来发展进行了展望。     

聚肽胶束的超分子反应:聚合、环化及活性生长

聚合物自组装是制备纳米材料的有效途径.自组装纳米材料在药物载体、高性能材料、生物结构模型等领域具有重要的应用价值.近年来,在聚合物分子自组装研究的基础上,研究者们发展了聚合物纳米粒子的自组装研究,并取得了很大进步.聚合物纳米粒子的组装一般可称为超分子反应.以聚肽胶束为组装基元的超分子反应研究得到了很多关注,取得了一系列进展.本文以本课题组的工作为主,总结归纳了近年来在聚肽胶束自组装(超分子反应)研究方面的进展,主要包括超分子聚合、环化和活性生长.文中着重强调了理论模拟在探究胶束超分子反应中的作用.最后,本文展望了该研究领域的发展方向,并指出所面临的机遇和挑战.     

有机共轭分子自组装方法

本文综述了有机共轭分子自组装方法的最新研究进展,从有机共轭分子的合成、自组装方法、光电性质及应用等方面进行了阐述,着重阐述了适用于有机共轭分子的各种自组装方法。认为它们的自组装在有机光电材料或器件方面具有广阔的应用前景及潜在的应用价值。