界面纳米工程技术制备表面粗糙度可调的功能复合微球

近日,iChEM研究人员、复旦大学化学系邓勇辉教授研究团队发展了界面纳米工程技术,制备了具有西兰花状形貌、表面粗糙度可调的核-壳介孔复合微球,该材料具有独特的疏水表面和垂直孔道以及磁响应特点,有望用于药物输送、非入侵式微液滴操纵等。3月9日,论文“Nanoengineering of Core - Shell Magnetic Mesoporous Microspheres with Tunable Surface Roughness”在线发表于《美国化学学会期刊》(J. Am. Chem. Soc., 2017, DOI: 10.1021/jacs.7b01464)。课题组的博士生岳秦、张愉以及华山医院蒋永剑副教授为论文共同第一作者。

大自然中有许多神奇的纳米结构。花粉独特的粗糙表面使其对于毛囊状结构具有很强的附着能力,因而容易被昆虫携带,完成授粉及繁殖过程。在纳米材料领域,设计具有可调表面粗糙度的微纳结构有望赋予材料特殊的粘附效应和亲疏水性。常规的粗糙微球材料主要是通过静电吸附或氢键,将较小的纳米颗粒(如纳米二氧化硅)沉积在较大的微球表面来实现。然而,这类材料主要为实体微球,比表面积和孔隙率都很低,难以实现高负载量的传输运载,限制了其实际应用。

图1.纳米工程技术合成具有不同表面粗糙度的磁性介孔复合微球(上)以及微球的显微电镜图片(下)

针对该问题,复旦大学化学系的邓勇辉教授研究团队通过动力学控制纳米工程技术手段,将介孔材料、磁性组分以及粗糙表面相结合,制备了具有核-壳结构和粗糙表面的磁性介孔复合微球材料(图1上)。该微球材料具有规则的西兰花状形貌、磁性内核和垂直发散的介孔外壳(图1下),同时还具有较大的比表面积和孔体积。通过动力学控制介孔壳层成核和生长速率,实现介孔外壳层表面的粗糙度可调 (单颗粒的疏水角从75至136度范围可调)。相比于同样尺寸的光滑磁性介孔微球材料,该微球显示出更加快速的进入肿瘤细胞能力,进入细胞的速度是光滑微球的4倍。另一方面,该材料可稳定存在于油水界面,使得水液滴稳定分散在油相中。受此启发,考虑到化学反应中许多对氧敏感的反应物需要进行无氧操作,课题组新性提出将该材料用于实现磁牵引辅助液封无氧反应,通过外加磁场操控液封中液滴运动碰撞,实现无氧条件下的溶液相反应。由于该微球的介孔结构可以赋予其丰富的存储空间和反应位点,该材料有望应用于抗癌药物的高效负载、快速跨膜输运和传输释放等。

该工作得到了复旦大学化学系、聚合物工程国家重点实验室、2011能源材料化学协同创新中心(iChEM)以及国家自然科学基金优秀青年基金的大力支持。

原文链接:http://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/jacs.7b01464

发布日期:2017/3/20 发布者:网站管理员 点击数:140【打印