新型核壳介孔复合材料的合成与生物应用基础研究

论文摘要

本论文围绕介观限制空间与客体分子空间结构的相互匹配性展开,合成出了一系列具有不同介观结构、形貌以及各种功能化基团的多孔材料和核壳材料。新材料的合成,除了研究其内在的反应机制外,更为重要的是开发其全新的功能,结构与功能的结合永远是科学家们关注的重点。在论文中,我们设计合成了具有不同介观限制空间的材料,并将纳米复合阵列的空间结构与客体分子三维空间结构的相互匹配性关联,结合具有不同空间结构的纳米材料特点,将其应用于选择性生物磁分离、可控药物靶向传输以及生物传感器等领域。第2章中,以无毒、廉价的硬脂酸铁为有机铁源,在高压反应釜中低温（250℃）制备出了超顺磁单分散纳米磁性晶体。然后,我们将所制备的超顺磁单分散纳米磁性晶体成功地包埋进入介孔氧化硅微球中。所制备超顺磁磁性微球的三维空间结构可调变,高比表面,孔径极为均一、可调,维度有序、具有强超顺磁性。更重要的是,我们以具有不同三维空间尺寸和分子量的细胞色素（Cyt c）和牛血清蛋白（BSA）为模型生物蛋白分子,将制备的磁性介孔氧化硅微球应用于基于生物分子空间结构的磁性分离。结果表明,依据生物分子空间结构的匹配性能,所制备的超顺磁磁性微球能够将不同尺寸生物蛋白有效的进行分离。第3章中,以非手性的表面活性剂作为结构导向剂,通过含有疏水性有机功能基团的硅源与正硅酸乙酯进行共聚,一步合成了具有同时控制功能化以及手性孔道的MCM-41型螺旋介孔材料。通过仔细的表征,我们成功地合成出了一批具有不同尺寸和螺旋程度的螺旋介孔材料。更重要的是,我们通过实验结果提出了一种由短胶束向一束二维六方直胶束转变,以及一束二维六方直胶束向一束二维六方螺旋胶束的转变自发驱动螺旋产生的机理。此外,我们考察了手性螺旋功能化介孔材料作为药物传输载体对阿司匹林的药物传输能力。结果表明,在药物传输过程中,药物释放的速度可以通过手性螺旋功能化介孔材料的形貌以及螺旋结构进行控制。第4章中,通过非手性表面活性剂、磁性纳米晶和无机硅物种的自装制备出了以磁性纳米晶为核,以手性螺旋介孔材料为壳层的磁性核壳材料。此外,考察了手性螺旋磁性核壳材料作为药物传输载体对阿司匹林的药物传输能力。结果表明,在药物传输过程中,药物释放的速度可以通过手性螺旋磁性核壳材料的形貌以及螺旋结构进行控制,具有手性螺旋介孔结构的磁性核壳材料有望应用于磁靶向药物的可控传输。第5章中,构造了一种基于固定二甲基亚砜还原酶的碳纳米管生物传感器。将二甲基亚砜还原酶（DMSOR）固定于碳纳米管制成工作电极作为生物传感器。研究表明碳纳米管促进了酶与电极表面之间的电子转移。该电极有望在DMSO生物传感器方面得到应用。第6章中,以碳纳米管与水溶液界面的阳离子表面活性剂十八烷基三甲基溴化铵（ODTMA）超分子自组装结构为模板,在水溶液体系成功地合成了以碳纳米管为核,以高度有序介孔硅基材料为壳的碳纳米管/有序介孔氧化硅核壳纳米线。此外,将二甲基亚砜还原酶固定于核壳纳米线制成工作电极作为生物传感器。介孔硅较大的比表面积,从而可以提高其吸附酶的能力,并且由于其具有亲水性而使其容易在水中分散。研究发现核壳纳米线结构对酶与电极表面的电子传输有促进作用。该电极有望在DMSO生物传感器方面得到应用。

论文目录

• 中文摘要
• 英文摘要
• 论文创新点摘要
• 第1章 引言
• 1.1 介孔材料概述
• 1.1.1 介孔材料的合成方法
• 1.1.2 介孔材料的形成机理
• 1.2 介孔材料在介观尺度上的控制合成
• 1.2.1 介观结构的控制
• 1.2.2 孔径大小控制
• 1.3 介孔材料在宏观尺度上的形貌控制合成
• 1.4 磁性分离载体合成方法
• 1.4.1 超顺磁磁性纳米晶的制备
• 1.4.2 磁性分离载体的制备
• 1.5 介孔材料的应用
• 1.5.1 在催化方面的应用
• 1.5.2 在储能方面的应用
• 1.5.3 在生物大分子的吸附/脱附、筛选和分离方面应用
• 1.5.4 在药物分子输运载体方面的应用
• 1.5.5 在生物传感器方面的应用
• 1.5.6 在固定化酶方面的应用
• 1.6 课题的选择与解决的问题
• 参考文献
• 第2章 磁性核壳介孔氧化硅微球的制备与磁性生物分离
• 2.1 引言
• 2.2 实验部分
• 2.3 结果与讨论
• 2.3.1 超顺磁单分散纳米磁性粒子
• 2.3.2 单分散超顺磁介孔氧化硅微球的制备
• 2.3.3 生物蛋白分子吸附试验以及双组分生物分离
• 2.4 本章小结
• 参考文献
• 第3章 手性螺旋功能化介孔材料的制备与药物传输
• 3.1 引言
• 3.2 实验部分
• 3.3 结果与讨论
• 3.3.1 MPTS 诱导的手性螺旋功能化介孔材料
• 3.3.2 VTMS 或PTMS 诱导的手性螺旋功能化介孔材料
• 3.3.3 手性螺旋功能化介孔材料的元素分析
• 3.3.4 手性螺旋功能化介孔材料的形成机理研究
• 3.3.5 基于手性螺旋功能化孔道控制的药物传输
• 3.4 本章小结
• 参考文献
• 第4章 手性螺旋功能化磁性介孔材料的制备与药物传输
• 4.1 引言
• 4.2 实验部分
• 4.3 结果与讨论
• 4.3.1 超顺磁单分散纳米磁性粒子
• 4.3.2 手性螺旋磁性核壳材料的制备
• 4.3.3 手性螺旋磁性核壳材料的形成机理研究
• 4.3.4 基于手性螺旋孔道控制的磁靶向药物传输
• 4.4 本章小结
• 参考文献
• 第5章 基于碳纳米管的生物传感器研究
• 5.1 引言
• 5.2 实验部分
• 5.3 结果与讨论
• 5.3.1 碳纳米管的材料性质及表征
• 5.3.2 固定二甲基亚砜还原酶的碳纳米管生物传感器及其电化学响应
• 5.4 本章小结
• 参考文献
• 第6章 界面组装控制的碳纳米管/有序介孔氧化硅核壳纳米线及其在生物传感器方面的应用
• 6.1 引言
• 6.2 实验部分
• 6.3 结果与讨论
• 6.4 本章小结
• 参考文献
• 结论
• 攻读博士学位期间取得的研究成果
• 致谢
• 作者简介