纳米多孔复合材料的制备及其生物应用

来源 :中国化学会2017全国高分子学术论文报告会 | 被引量 : 0次 | 上传用户:macrosoft
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  多孔共价骨架高分子材料(Microporous Organic Materials,MOMs)在生物医药领域的应用面临很多的问题,包括粒径控制、功能分子引入、生物安全性和生理条件下的稳定性等。我们以“基于纳米多孔复合材料的成像剂和光疗剂”为研究目标,以生物友好的多孔复合材料的纳米化、功能分子的高效引入和表面后改性为突破口,首先借助调制剂辅助合成策略实现以金属-有机框架为代表的无机多孔材料的纳米化,之后以无机纳米材料为“自模板(Self-template)”实现共价骨架高分子的纳米化和功能的引入,最终发展出兼具无机材料和有机高分子材料特性的多孔纳米复合材料,用于肿瘤治疗成像。通过多种分析测试手段,确认纳米材料的结构和功能分子的含量等。通过细胞实验考查纳米材料的安全性和抗肿瘤活性。为多孔材料在生物医学领域的发展积累经验,为新型的诊断治疗纳米体系的开发提供新的思路。
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近年来,膜材料在众多领域中都取得了极大的进展,使得膜材料得以广泛应用于社会发展的各个领域,与此同时,对于膜材料的性能也是提出了巨大的挑战。多孔有机骨架由于拥有较高的表面积以及独特的孔结构,使得多孔有机骨架膜材料的开发和应用逐渐成为人们研究的热点。
有机多孔高分子具有多样化的拓扑结构、组成单元、成键方式和功能特点,在能源环境领域展现了极大的应用潜力,但是相比与无机多孔材料,设计此类材料应用于生物医用领域却具有较大的挑战,主要原因在于目前所合成的大部分有机多孔材料很难满足生物医用的基本要求。
共价有机框架(Covalent Organic Frameworks,COFs)是一类由有机小分子通过共价键有序连接而成的有机多孔高分子.COFs 结构的有序性、多孔性和功能的可调性使得该类材料在气体储存、光电、催化和传感等领域具有很好的应用前景.
近年来,工业发展的速度越来越快,随之带来一系列的环境问题。尤其是,重金属离子污染事件以及爆炸事件频发,严重危害了人们的生命财产安全,造成了严重的环境污染。如何快速检测这些危害人类健康、环境安全的危险因素,受到了研究人员越来越多的关注。
以具有特定构型而且含杂原子的有机共轭化合物为单体,利用不同的聚合反应,制备了含有氧、氮等杂原子的多种有机微孔聚合物,对其结构进行了表征.其BET 比表面积介于700–2500 m2 g–1 之间.某些含氮聚合物多孔材料的氢气吸附能力达到了2.80 wt%(1.0 bar 和77 K).
尽管已经有大量的手段构造结晶型的框架结构,在三维空间构建均相可溶性的有序纳米孔结构是超分子化学的一个挑战.2013 年以来,我们基于有机小分子自组装策略,利用疏水作用为驱动力,首次在水中实现了均相周期性纳米孔阵列3/4超分子有机框架(Supramolecular Organic Framework,SOF)的构建.
共价有机框架是一类结晶性有机多孔聚合物。其主要特征是内部有序分布特定大小和形状的孔,这些孔赋予了共价有机框架一些独特的性质,使它们在物质存储与分离、催化、药物传输、光电材料等方面都有重要应用。自2005年首例共价有机框架被报道以来,已有几百种该类聚合物被制备出来,然而2014 年以前所报道的结构都有一个共同点,即每一种共价有机框架都只含有一种形式的孔。
构筑具有高度有序π 共轭结构的二维单分子层或薄膜材料对于发展高性能的有机分子电子器件具有重要意义。基于π 共轭分子以共价键连接形成的二维共价有机框架(2D COF),具有独特的二维π 共轭平面和三维方向上高度有序的π 堆积结构,可能具有独特的光电性质和功能。
多孔高分子及其高温炭化而得的多孔炭材料具有密度低、表面积高、孔结构可控、表面化学易剪裁以及炭骨架可导电等优点,在能源、环境、催化、化工和医学等领域均具有重要的应用。然而,大多数多孔高分子与炭材料的孔结构不精确、孔隙率不高且缺乏多功能集成,导致材料性能不高且应用受限。
有机多孔聚合物(POPs)是一种新型的三维无定形多孔材料,可以通过设计筛选构筑结构单元,引入功能性有机分子作为聚合单体,实现对材料孔结构、孔大小、比表面积的设计、修饰和调节,进而实现材料功能的高效性、选择性和专一性。