纳米材料与自组装技术

纳米科技在本世纪将引导一轮新的技术革命 ,纳米材料是纳米科技的重要分支 ,自组装技术在纳米科技、纳米材料的发展与研究中具有重要作用 ,采用自组装技术开展有机薄膜及器件的研究具有重要意义 .     

生物结构自组装

生物大分子、复合物分子机器、细胞器、完整细胞乃至生命个体的形成, 自组装贯穿其中, 并有极其复杂的调控机制. 本文归纳分析了生物结构自组装的特点及其物理、化学和几何学原理, 并以新生肽链折叠和染色体折叠浓缩为例描述自组装的生物调控原理. 采用自组装策略, 已经开发了许多生物纳米功能结构, 如DNA平面和立体结构、DNA马达、蛋白纳米线、荧光双分子互补系统等. 研究复杂生物体系的自组装极具挑战, 可使我们更接近生命的本质, 还将为纳米科学技术和仿生学提供许多启示.     

《大分子自组装》

大分子自组装属超分子化学和高分子科学的交叉学科，是当今化学和材料科学发展的前沿，也是孕育先进材料的摇篮．它的主要研究内容是高分子之间，或高分子．小分子间，或高分子．纳米粒子间通过非共价键的相互作用，进行自组装而实现不同尺度上的规则结构．近年来，我国科学家在此领域取得了重要的研究进展．本书总结了国内外相关研究的实验和理论两方面的重要成果，特别着重于我国科学家的富有特色的新成就，包括嵌段共聚物在本体和溶液中的自组装，此类自组装体的化学演化，高分子自组装的“非嵌段共聚物”路线，自组装结构的固定化，以及含有纳米粒子、表面活性剂等体系的自组装等内容．     

电位控制DNA在金电极上的分子自组装

采用氨基乙硫醇在金电极上自组装得到自组装单分子层（SAM），再利用水溶性1－乙基－3（3－二甲氨丙基）－碳化二亚胺（EDC）和N－羟基琥珀酰亚胺（NHS）活化SAM，用电位控制的方法制备了DNA共价键合修饰电极。研究了控制电位与DNA组装量的关系，并采用循环伏安、交流阻抗、俄歇电子能谱、和原子力显微镜等手段对电位控制DNA修饰电极进行了表征。结果表明，用电位控制的方法得到了共价组装的DNA修饰电极，而且在不同的电位控制条件下，DNA的自组装存在着一定的规律，即负电位对DNA的自组装产生了抑制作用，而正电位对DNA的自组装起到了促进作用，研究结果将对DNA的可控制组装具有较重要的意义，并为DNA纳米器件的研制提供了技术基础。     

金属纳米团簇的超分子自组装及其应用

金属纳米团簇(NCs)是由几个至几千个金属原子通过物理或化学结合力组成的相对稳定的聚集体,其物理和化学性质具有量子尺寸依赖性.金属簇的尺寸可与电子的Ferimi波长相当,一般小于3 nm,具有异于对应体相块材的物化性质,如光学、电学、磁学、催化、手性等.基于自组装策略,将金属簇与不同类型的分子材料组装,不但可以实现金属簇的聚集诱导发光,而且还可以实现多功能的协调.结合本课题组的研究工作,本文综述了近期国内外相关研究,详细介绍了自组装对金属簇发光、组装结构的影响及金属簇组装体的应用等方面的研究进展.最后对金属簇的未来挑战和发展前景进行了展望.     

自组装DNA/纳米颗粒分子逻辑计算模型

将AuNP 自组装聚合色变与DNA 计算相结合, 构建了纳米分子逻辑计算模型. 使用了DNA 自组装、DNA/AuNP 结合和AuNP 聚合色变等关键技术方法. 利用DNA 自组装结构变化,通过DNA/AuNP 聚合色变反应, 实现了简单逻辑运算功能. 在此基础上, 构建了求解简单集合运算的DNA/AuNP 计算模型, 对多重输入的简单集合运算进行了逻辑运算. 最后, 进一步拓展该分子逻辑运算模型的应用, 结合分子检测技术, 对H1N1 病毒基因进行检测.     

DNA纳米自组装的研究进展及应用

DNA纳米技术是一种自下而上的分子自组装模式,由分子构造为起点基于核酸分子的物理和化学性质自发地形成稳定结构,遵循严格的核酸碱基配对原则,使得DNA被用作构建结构的材料基元而不是在活细胞中那样作为遗传信息的载体.通过合理地设计碱基链来达成精密控制的纳米级复杂结构的目的,研究人员在这个领域已经建立起诸多二维、三维的复杂纳米结构以及各种具有不同功能的分子机器,比如DNA计算机.本文总结了近年来DNA纳米自组装方面取得的最新进展,同时介绍DNA纳米自组装的几种不同组装方法,并对其相关应用进行了展望.     

表面修饰聚合物自组装多层的金纳米棒的表面增强荧光

在金纳米棒表面自组装由阴离子聚合物和阳离子聚合物通过静电作用形成的聚合物多层结构,并研究了该金纳米棒的表面增强荧光效应.未经聚合物修饰的金纳米棒猝灭荧光素的荧光,最高猝灭率为91.5%.经聚合物自组装多层结构修饰后,金纳米棒增强荧光素的荧光.3层聚合物修饰的金纳米棒的荧光增强因子可达102级.     

ZnO纳米颗粒的自组装及多孔纳米固体的研制

利用溶剂热压方法, 以ZnO纳米颗粒和不同种类的溶剂为原料, 制备了介于纳米粉体和纳米陶瓷体之间的过渡态——体块ZnO多孔纳米固体, 并研究了水热热压条件下ZnO纳米颗粒的自组装行为. 实验结果表明: 当水在ZnO纳米颗粒间分布不均匀时, 在水较多的区域, ZnO纳米颗粒会溶解到高温高压下的水中. 温度升高水汽化并从固体中逸出时, ZnO纳米颗粒经历自组装过程而形成一些“纳米花朵”(nanoflowers), 并且这种自组装行为对于样品的光致发光性质有很大影响; 相反, 如果水在纳米颗粒之间均匀分布, 则可以得到ZnO多孔纳米固体, 而且其孔径比较均匀. 另外, 实验结果还表明, 通过改变溶剂的种类、热压温度和压力, 可以在一定程度上控制ZnO多孔纳米固体的孔径及孔容. 热分析结果显示, 这样制备的ZnO多孔纳米固体具有较高的热稳定性.     

基于DNA自组装的手性等离子体纳米结构研究进展

自然界中的手性现象广泛存在.近年来,具有在可见光波段手性光学响应特性的等离子体金属纳米结构吸引了越来越多的关注.DNA自组装技术以DNA分子为基元构筑纳米材料,具有根据实际需求精准调控并组装得到复杂纳米结构的优点,可以用来构建从静态到动态的各种手性等离子纳米结构.本文综述了基于DNA自组装的手性等离子体纳米结构的研究历程和最新进展,并对相关研究做进一步展望.     

溶液加工基于稠环组装的单根有机微米线场效应晶体管

利用有机稠环化合物自组装实现一维组装体,并使用此类一维结构实现单根线的微纳米器件,在近两年中获得了越来越多的关注.相比有机薄膜场效应管,一维的微纳米组装体通常具有单晶结构,该特性使这类器件中没有晶体界面,半导体和栅极接触良好,容易实现高迁移率、高     

表面主客体复合自组装纳米结构的STM 研究

基于自组装的基本原理, 以“自下而上”的方式在表面构筑主客体复合纳米结构是纳 米科学与技术研究的重要内容之一, 并在单分子科学和纳米电子学等领域具有重要意义. 扫描隧道显微镜(STM)以其原位、实时、实空间和原子级分辨的优点, 在主客体复合体系 表面自组装的研究中发挥了不可替代的作用. 在表面组装中, 主客体分子之间有多种不同 的复合模式, 最常见的是客体分子填充于由主体分子构成的含有空腔的二维骨架结构, 空 腔的大小和对称性由主体分子的结构调节, 客体分子通过尺寸匹配等效应填充; 客体分子 能够沿着主体分子形成的单层结构外延生长, 在主体分子层上面形成第二层客体结构; 此 外, 主体分子形成的组装结构能够根据客体分子的尺寸和形状做出相应的改变来适应不同 的客体分子, 进一步丰富了主客体复合结构的内涵. 本文以主客体分子之间的复合方式为 主线介绍固体表面构筑主客体复合纳米结构的最新进展.     

基于自组装膜的多壁碳纳米管模板化沉积

在同一基底上构建甲基与氨基表面自组装膜模板, 将模板浸入多壁碳纳米管N,N-二甲基甲酰胺(DMF)分散液中, 由于氨基与甲基表面自组装膜分别对分散液中碳纳米管有吸附和排斥作用, 多壁碳纳米管选择性地沉积到模板的氨基表面自组装膜区域, 实现了碳纳米管的模板化可控沉积, 对常温下构建基于碳纳米管的纳米结构与器件具有重要的意义.     

烷基硫醇分子自组装研究进展

分子自组装在当今学术界已成为一项极有意义的研究课题。从自组装的提出到今,经过各国科学家和学者的不懈努力,研究工作已取得了系列重要成果。对自组装的发展史和自组装成膜的基本原理做了概要介绍,对倍受关注的烷基硫醇的自组装进展进行了较详尽的评述,并对该课题的研究现状和已取得的成就以及对自组装和发展与应用前景提出了新的见解。     

一维纳米材料的合成、组装与器件

一维纳米材料的合成、组装及其物性的测量是制约其在纳米原型器件制作与应用中的关键，评述了这一领域的最新进展，一维纳米材料的组装大致可分为宏观场力组装与微流辅助模板限域组装，其中前者是通过控制宏观电场、磁场的方向和大小来对微观的纳米线进行组装，后者则通过控制模板的形状、尺寸、流体的流速、沉积的时间等来实现纳米线网络阵列的制备。纳米线的组装与单根纳米线的物性测量使得纳米线激光器、传感器乃至纳米逻辑电路的制备成为可能。     

偶氮苯自组装单分子膜的特征电化学响应

自组装膜作为在分子水平上设计界面结构的方法,在基础研究和应用开发两方面均得到广泛的发展。自组装膜的电化学是一个非常活跃的领域,但是主要的研究工作则集中在简单可逆的氧化还原体系,例如:二茂铁衍生物、紫精类、醌类、钌和锇的联吡啶和胺的络合物。我们的目的是应用高度有序和致密的自组装膜研究复杂的偶氮苯基团的电化学反应机制,在初步的研究中,我们已成功地将偶氮苯导入自组装膜体系,并且获得了良好的电化学响应,本文报道了系列新型偶氮苯自组装单分子膜的构造以及电化学性质的考察。这样一个全新体系使得我们能够洞察在有序分子组装体系中所进行的电子转移与离子传递的特征规律性。     

基于序列信息高度集成的长单链DNA自组装及制备

DNA折纸术(DNA origami)是DNA纳米自组装的一种主流方法,通常1条DNA主链在成百上千条合成的DNA短链辅助下,通过碱基互补配对原则折叠并锁定生成所设计的纳米结构.单链DNA折纸术(single-stranded DNA origami,ssDNA origami)是传统DNA折纸术的一种进化和衍生,它摒除了传统折纸术对众多短序列的需求,通过高度集成序列信息至1条长单链DNA中,实现了由1条DNA序列自组装成复杂可控的纳米结构.由于体系中不存在过量的短DNA链杂质,并且同样可以顺利移植成单链RNA折纸术,单链DNA折纸术较传统DNA折纸术可能具备更好的生物和材料应用前景.本文概括了长单链DNA自组装的研究进展,总结了几种常用的长单链DNA制备的方法,并展望了该技术的应用前景.     

静电自组装纳米Pd颗粒对Nafion®膜的阻醇修饰

以聚二烯丙基二甲基氯化铵为修饰离子合成了阳离子化的Pd颗粒，颗粒粒径为~2nm；采用静电自组装的方法将这种纳米粒子组装到Nafion®112膜表面的磺酸根团簇上，在1.73µg/cm2的超低Pd载量下达到了甲醇渗透率下降8个数量级、电导率几乎没有下降的优异效果。     

芯片表面异氰酸酯基硅烷自组装膜的制备及表征

利用分子自组装技术在玻璃芯片表面成功组装了异氰酸酯基硅烷单分子膜. 采用X射线光电子能谱仪对自组装膜表面的元素组成进行了表征, 并利用接触角测定仪对薄膜表面的润湿性进行测定. 结果表明, 异氰酸酯基硅烷在基底表面得到了成功组装, 其疏水性较组装前有所提高, 对水的接触角可以达到80°, 明显改变了芯片表面的性质. 将该自组装膜应用于牛血清白蛋白的自组装, 不仅制备过程简单, 而且具有操作方便等优点. 因此, 异氰酸酯自组装膜在微全分析技术(μ-TAS)中的微通道修饰, 蛋白质、多肽等生物大分子的固定化, 以及材料表面改性等方面均具有很好的应用前景.     

刚性“交联剂”H10TTPR对金纳米粒子的组装

报道了1,6,7,12-四硫-十氢苝(H₁₀TTPR)作为交联剂, 利用硫原子与金表面的配位作用对金纳米粒子进行组装. 分别用紫外-可见吸收光谱(UV-vis)和透射电子显微镜(TEM)对组装过程进行了研究, 并且通过改变H₁₀TTPR的加入量, 实现了对纳米粒子的聚集程度控制.