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可控功能化金纳米通道阵列膜的制备及应用研究

吴迎奔  
【摘要】: 近年来,可控功能化表面得到了越来越多的关注,这种功能化的表面能可逆地响应外界条件的变化,又被称为“smart”表面。可控功能化表面的性质可以通过表面分子构象变化而表现出可逆开关效应,这种性质也可以应用于纳米通道阵列膜的修饰,使得膜的渗透性受环境调节而具有“刺激-应答”效应,在药物缓释、化学传感、生物分析、微流控等领域都有着潜在的应用前景。本文通过在金膜和金纳米通道阵列膜上修饰功能性聚合物分子,考察了不同条件下膜的性能的变化,有望在纳米级阀门制备和生物分子的分离等方面得到应用。 1.将羧基化聚N-异丙基丙烯酰胺(PNIPAm)分子修饰在金膜表面,制备了温度敏感的功能化金膜表面,并利用表面等离子体共振传感器及视频接触角测量仪对其进行了表征。结果表明,羧基化PNIPAm分子修饰后的金膜表面共振波长峰位发生了10.3 nm的红移,同时在26– 35 oC之间,其接触角有8 o的变化,表明PNIPAm修饰的金膜表面对温度敏感。这样的表面有望用于生物芯片等领域,实现细胞、蛋白质等的可控捕获和释放。 2.在金纳米通道阵列膜上修饰PNIPAm分子,发展了一种温度敏感的纳米通道阵列膜。以荧光素钠和水溶性量子点为探针,考察了不同温度条件下该纳米通道阵列膜的渗透性。结果表明,当温度为25 oC(临界溶液温度,LCST)时,荧光探针的渗透较慢,甚至基本上被阻止,这是因为PNIPAm分子呈现膨胀构象使通道尺寸变小所致;而当温度为40 oC(LCST)时,荧光探针的渗透明显加快,这是因为PNIPAm分子呈现紧缩构象使通道尺寸变大所致。这种温度敏感的金纳米通道阵列膜的渗透性能被可逆地调控,有望用于纳米级阀门等装置。 3.在氨基化的金纳米通道阵列膜上修饰聚甲基丙烯酸(PMAA)分子,发展了一种pH响应的纳米通道阵列膜。首先将PMAA修饰到氨基化的金膜表面,结果显示从pH 5到pH 7,接触角减小了18.3°。这是由于PMAA分子在不同pH值下,其分子侧链羧酸基团可以发生可逆的电离作用,从而使得PMAA分子呈现出膨胀或者紧缩的不同构象。接着将PMAA分子修饰到氨基化金纳米通道阵列膜上,以联钌吡啶和水溶性量子点为探针考察了不同pH值下膜的渗透性。结果表明,在pH 5到pH 7之间,该PMAA分子修饰的膜能够响应外界pH的变化,有望进一步应用于蛋白质、核酸等生物分子的分离与纯化。


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