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基于亲疏水转换的智能无封堵纳米阀门

焦翔宇  
【摘要】:随着纳米技术的蓬勃发展,实现宏观尺度机械的微小型化拥有十分广阔的前景。已经有越来越多的化学家与工程师在分子水平和超分子水平上开发出了纳米尺度的机器。纳米阀门,是一种可以控制分子进出纳米孔的纳米尺度的机器。纳米阀门在分离、化学和生物传感器、化学存储、精准医疗等领域拥有广阔的应用前景。本论文设计了一种基于亲疏水转换的无封堵纳米阀门,并且通过引入光子晶体赋予其传感能力。主要内容如下:1、我们以二氧化硅为载体,设计了一种基于亲疏水转换的电刺激响应无封堵控制释放体系,实现了无封堵纳米阀门的初步构建。利用共缩聚法,将具有亲疏水转换性质的功能分子修饰在介孔孔道内侧,修饰后的孔道可以通过改变自身对水的浸润性来控制药物的释放行为。这种药物控释体系不同于对依赖于实体封堵的控释体系,制备和负载药物过程简单而高效,并且无由封堵物带来的各种毒副作用,具有很强的实际应用潜力。2、我们基于介孔反Opal光子晶体,通过共缩聚法修饰苯胺基团到介孔反Opal光子晶体结构中,制备了 pH响应的无封堵纳米阀门,实现了无封堵纳米阀门的自传感。苯胺基团具有pH响应的亲疏水转换特性,在pH为中性条件下,处于疏水状态,阀门关闭,而此时光子晶体薄膜显示为绿色。而在pH为酸性环境下,苯胺变为亲水状态,阀门开启,而此时光子晶体薄膜随着溶液的侵入程度显示为黄色到红色。该阀门不仅实现了无封堵控制,而且实现了阀门状态的无指示剂传感,为光子晶体传感器和纳米阀门传感提供了新的思路和前景。3、我们基于介孔反Opal光子晶体,通过后修饰法将二茂铁功能基团修饰到介孔反Opal光子晶体结构中,制备了电响应的无封堵纳米阀门,并且将其用于控制释放的实时传感。二茂铁具有电场响应的亲疏水转换特性,在未加电刺激时处于疏水状态,阀门关闭,药物封装在介孔反Opal光子晶体内。当施加电刺激后,二茂铁发生电氧化转变为亲水态,阀门开启,溶液侵入导致药物释放,同时光子晶体颜色发生改变。该反Opal光子晶体控制释放系统不仅实现了无封堵控制释放,更实现了控制释放状态的实时监测,为控制释放和及其传感提供了新的思路和前景。


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