低温水凝胶及其在生物工程中的应用

聚乙烯醇水溶液经冷冻处理可以制得低温水凝胶,这是一种含水高达80%以上的橡胶状弹性体。本工作通过扫描电镜、x-射线衍射、DSC等手段,对凝胶的结构与性能进行了研究。确认低温PVA凝胶的可逆性,属于非共价键的物理交联。其强度和弹性源于氢键和微晶的存在。本文作者用PVA水凝胶为载体,成功地固定了酵母、乳酸菌、产氨短杆菌等微生物细胞,用于发酵和合成反应均取得了很好的结果。     

经由配位交联反应制备高强度含硅弹性体及其多重循环利用性能

合成兼具高机械力学性能和多重循环利用性能的弹性体材料是一个极具挑战性的工作.诸多研究中提到的可行方法均存在操作繁琐、难以控制的特点,因而难以实现高强度和工业化生产.本研究报道了一种经由官能化聚硅氧烷和稀土盐之间的配位交联反应制备高强度含硅弹性体的方法.其中的配位交联反应是在模压成型阶段发生;制备过程简便,易于实现工业化.这些弹性体具有高拉伸强度(2.58 MPa)和高断裂伸长率(500%).弹性体在被粉碎后,其粉末可以被重新加工成新的弹性体材料.经过3次重复循环利用后,弹性体仍能达到1.48 MPa的拉伸强度.经测试分析发现,在弹性体结构中同时存在有大量未参与配位的腈基和稀土离子.在弹性体被粉碎和循环利用时,这些未参与配位的腈基和稀土离子能够重新参与配位过程,从而实现新的交联,进而实现了高机械力学性能和多重循环利用性能.     

α螺旋构象对模型寡肽与聚合物相互作用的影响

通过核磁技术中的化学位移微扰法和分子模拟技术, 在分子水平上揭示了二甲基胺修饰聚丙烯酰胺吸附剂(DMAPAM)对八肽VVRGCTWW(V8)和四肽CTWW(C4)吸附能力差异的原因. 结果表明, 除了非键的相互作用影响吸附剂对多肽的吸附能力外, 寡肽的构象是造成对多肽吸附能力差异的重要因素. V8的a螺旋结构使得V8与吸附剂间可以形成多种弱相互作用力协同作用的模式, 从而显著提高吸附剂对其的吸附能力. 该结果对了解生物材料与多肽间的作用机理具有重要意义.     

自愈合柔性储能器件研究进展

柔性储能器件由于具有可弯曲、折叠、拉伸等特点而广泛应用于智能皮肤及柔性可穿戴器件等领域.但是储能器件在柔性变形过程中会导致电极材料产生微裂纹甚至脱落,显著降低储能器件的电化学性能及使用寿命.自愈合的柔性储能器件通过在材料中引入愈合剂或者可逆化学键,致使材料在发生机械损伤时自动愈合,恢复材料的微观机械结构及电导率,进而实现储能器件的机械柔韧性及电化学性能的修复.本文总结了自愈合机理,针对柔性储能器件主要介绍了基于可逆非共价键及共价键诱导的具有自愈合功能的柔性电极、电解质、基底和封装材料的发展现状,最后总结探讨了自愈合柔性储能器件所面临的挑战及未来发展方向.     

石棉借诱发DNA股间互补碱基交联而启动癌变

20世纪80年代初以来,戴乾圜根据其双区理论预言辐射、石棉、异物植入等所谓物理致癌因子,也是通过诱发DNA互补碱基股间交联而启动癌变.借碱稀释洗脱法证明,石棉通过诱发细胞中氧化酶产生活化的过程,剂量相关地引发DNA股间交联和DNA-蛋白质间交联,其中DNA股间交联达80c以上.亚铁离子借Fenton反应使交联率成倍地提高,维生素C则以因子8～-9抑制交联,表明交联是由羟基自由基HO@所诱发.非致癌剂芘或内源性致癌剂雌二醇分别与石棉共存时的不同交联增效作用,以及亚铁离子对两者的不同增效作用和维生素C的不同抑制作用,进一步证明交联是由HO@所诱发.基于AMl计算指明了交联产物的可能结构,并借HO@诱发的突变谱进一步证明了这些结构的存在.     

羊毛角蛋白浓度对其双硫键重建的影响

发现了从羊毛提取的角蛋白的浓度对其在透析过程中双硫键重建的影响, 即在较高浓度时角蛋白聚集体中形成交联网状结构, 而在较低浓度时优先形成分子内双硫键. 这项初步研究展示了在不加入其他化学试剂的条件下通过简单的方法调控角蛋白链间交联的可能性, 有助于构筑生物大分子的自组装体.     

含氟聚合物表面光接枝改性及其与EVA热熔胶粘接性能

含氟聚合物由于良好的耐候性、抗紫外辐射性能和化学稳定性,是太阳能电池背板的关键组成材料.但由于含氟聚合物表面能低,普遍存在与封装太阳能电池组件的乙烯-醋酸乙烯酯共聚物(EVA)胶膜粘接性差的缺点.本文利用紫外光接枝技术对含氟聚合物膜进行表面改性,将丙烯酸丁酯-三羟甲基丙烷三丙烯酸酯共聚物(PBA-TMPTA)接枝在含氟聚合物表面;研究了辐照时间、单体组成和单体浓度对接枝反应的影响;对接枝前后膜表面的化学组成和表面形貌进行了表征,结果表明紫外光接枝反应能够成功地在含氟聚合物膜表面引入接枝层.PBA-TMPTA共聚物改性后的含氟聚合物与EVA胶膜层压粘接后剥离强度可达未改性膜的15倍以上(17.6N/cm),而接枝含有羟基和羧基官能团的共聚物并不能改善其粘接性能.通过模型实验推断合成PBA-TMPTA过程中未反应的双键参与了粘接界面的化学反应而形成了界面间的共价键,因此界面粘接性能的改善主要是由于化学键作用而非物理作用.     

交联液晶聚合物光致形变及其柔性器件

光响应聚合物材料是指能够在光的作用下发生某些化学或物理反应,产生一系列结构和形态变化的功能聚合物材料.在光响应聚合物体系中引入液晶基元通过适度交联可形成光响应交联液晶聚合物,它结合了液晶的各向异性以及聚合物网络的橡胶弹性,具有优异的协同作用.且因为光能具有环保性、远程可控性、瞬时性等优异的特性,光响应交联液晶聚合物备受关注.通过合理的设计,光响应交联液晶聚合物可以实现全光驱动的形变,并且可以制成多种柔性智能执行器,在人工肌肉、微型机器人、微泵、传感器等仿生和智能微机械系统领域有着广泛的应用前景.本文综述了光响应交联液晶聚合物近年来的研究进展,包括其二维和三维形变、微观形变引起的表面形貌或其他性质的变化以及基于形变制成的柔性智能执行器,阐述了光响应的机理,并展望了该领域的发展前景.     

纳米羟基磷灰石/胶原/磷酸丝氨酸仿生复合骨组织工程支架材料的制备及表征

制备仿生型骨组织工程支架复合材料, 观察并分析支架的结构特征、矿化性能、细胞相容性及体内骨修复性能. 将纳米羟基磷灰石粉体、胶原蛋白溶液和磷酸丝氨酸按比例混合, 搅拌均匀, 再进行交联处理, 最后冷冻干燥得到支架材料. 所制备的复合支架材料具有三维多孔的微观结构; 在模拟体液中的矿化产物其形态受复合材料中有机成分的调控; 该复合支架具有良好的生物相容性, MC3T3-E1细胞在支架上黏附、拓展并可与材料相互作用; 植入骨缺损12周后能够促进新骨形成. 纳米羟基磷灰石-胶原蛋白-磷酸丝氨酸(nHA-COL-PS)支架材料是性能良好的组织工程支架材料, 可用于骨缺损的修复.     

自修复水凝胶材料的设计合成及生物医学应用

水凝胶柔软且有弹性,含水量高,其结构、性能与生物组织相似,生物相容性和生物安全性好.因此,被广泛应用于组织工程、药物输送、创伤敷料等领域,具有非常广阔的应用前景.自修复材料模仿生物体损伤自愈原理,自行发现损伤和裂纹并通过一定机理自修复愈合,是近年来水凝胶领域的研究热点和难点.本文综述了近10年来具有代表性的自修复物理水凝胶和自修复化学水凝胶等新型高分子水凝胶方面的重要研究进展,总结了其设计与合成的基本原理和方法,介绍了几种典型的水凝胶自修复机制,阐述了基于静电作用、疏水作用、氢键作用、主客体作用等物理作用,以及基于酰腙键、亚胺键、二硫键等可逆化学键作用的自修复水凝胶的应激自修复原理和特性.在此基础上,分析讨论了自修复水凝胶作为潜在生物材料仍需解决的关键科学问题,并对本领域的发展趋势进行了展望.     

聚合物辐射交联中溶胶分数与剂量间的关系通式

过去大量实验证明,高分子材料在高能射线辐照下,同时会产生两种效应——交联和裂解。究以那种反应为主,除了环境气氛的影响外,取决于高分子链的结构。一般情况下,柔顺的高分子链易进行交联反应,僵硬的高分子链较易进行裂解反应。交联反应一般是通过射线产生的自由基进行复合而形成分子间的联结键,反应的主要地点是聚合物的非晶区。     

基于脂肪族聚酯的形状记忆材料

形状记忆高分子材料是一种能记住变形前形状,并在一定环境刺激下得到回复的智能材料.其独特的性质使其可以应用于生物医用、电线电缆、汽车工业、航空航天等领域.脂肪族聚酯以其优异的生物相容性、生物降解性,以及适合的热转变温度范围,在具有形状记忆功能的生物医用材料的设计开发中扮演着越来越重要的角色.本文重点介绍了以聚乳酸(PLA)、聚对二氧环己酮(PPDO)、聚丁二酸丁二醇酯(PBS)、聚十五烷酸酯(PPDL)和聚己内酯(PCL)等为基本组成链段,以物理交联和化学交联为网点结构的脂肪族聚酯共聚物、交联网络及互穿网络在形状记忆材料设计中的应用,阐述了链段拓扑结构对形状记忆行为的影响.     

I2分子团簇的制备及它的漫反射谱

近些年来,零维物理系统的研究已成为科学研究的一个热点。迄今,团簇方面的研究主要集中在离子团簇和共价团簇的研究上,所谓离子团簇和共价团簇即指团簇中的离子或原子是以离子键或共价键的方式结合。由于离子键和共价键的键能比较强,离子团簇和共价团簇中的离子和原子间的相互作用较强,它们间的距离不容易改变。因此,在这些团簇中有显著的量子尺寸效应,并可通过吸收带边的蓝移证实量子尺寸效应的存在。而对于由分子力结合的分子团簇,由于分子力相对较弱,分子团簇内分子间的距离可以发生变化,分子团簇有一些异于离子团簇和共     

三元混配合物分子内配体间的芳环堆积效应(1)——M~(2+)(Co~(2+)、Ni~(2+))-Phen-HCA体系

迄今,人们较多地注意配合物中配位基团及非配位基团上取代基的种类、位置和性质对其稳定性的影响,较少注意那些非配位基团之间的相互作用,虽然有关配体间氢键的作用、共价键或离子键的形成已有报道,但发现配体间存在着芳环堆积作用仅是近十年来的事。由     

滑膜成纤维细胞在关节炎发病中的作用

大量的研究证据显示,滑膜成纤维(synovial fibroblast,SF)是炎症性滑膜炎中组织损伤和基质重塑的直接效应细胞;间充质细胞(mesenchymal cells)以自分泌和旁分泌的机制经细胞因子和趋化因子等效应信号刺激或抑制炎症反应.滑膜成纤维细胞作为一种重要的间充质细胞是介导关节破坏的主要细胞(通过分泌金属蛋白酶等途径).有研究显示,它们可以通过刺激破骨细胞的生成(0steoclastogenesis)来促进骨的吸收.再者,它们可以通过释放趋化因子招募白细胞进入关节,通过细胞因子刺激血管生成(angiogeresis),在滑膜炎的初始阶段起着重要作用.滑膜细胞(synoviocyte)通过细胞因子网络在滑膜细胞与白细胞间相互作用及细胞-细胞的接触驱动滑膜细胞的活化,对它们精细相互作用的研究将有助于明确引起滑膜炎症的启动和维持(perpetuation)的复杂相互作用.     

刺激响应介孔氧化硅纳米载药系统的可控组装及控制释放性能

刺激响应介孔氧化硅纳米载药系统能够有效提高药物的治疗效果和尽量降低药物的毒副作用,相关研究领域近年来引起人们的极大关注.本文主要介绍作者课题组在阀控和门控的介孔氧化硅纳米载药系统的研究工作.以生物相容性的介孔氧化硅纳米粒子(MSN)作为药物载体,将端基为活性基团的硅烷自组装修饰在MSN表面,并进一步功能化,通过多重弱键相互作用、动态共价键甚至和强共价键,将大环主体化合物、蛋白、DNA和量子点等结合到MSN表面,将药物封装在MSN孔道内,构成纳米阀和纳米门.可控组装的阀控和门控的MSN纳米载药系统,在p H、氧化还原、竞争结合、生物酶和近红外光等条件刺激下,多重弱键相互作用消除、动态共价键断裂以及纳米门控元件降解等,实现药物控制释放.可控组装的刺激响应MSN纳米载药系统在肿瘤等疾病靶向药物治疗方面具有应用前景.最后对刺激响应纳米载药系统的未来发展前景作进一步展望.     

甘草次酸修饰的纳米粒子的制备与表征

以丁二酸酯为间隔臂制备了甘草次酸修饰壳聚糖的肝靶向药物载体材料(mGA-suc-CTS), 通过IR, NMR及元素分析对产物的结构及取代度进行了表征; 以BSA为药物模型, 离子交联法制备了载药粒子, 初步研究了其体外释放性能. 结果表明, 载体材料中甘草次酸的含量可通过反应温度及投料比进行调控, 最高取代度可达5.19%; 纳米粒子对BSA的负载量为26.3%, 包封率为81.5%; 体外释放表明, 生理条件下(pH 7.4)缓释可达11天.     

稀土元素对镁合金结构及力学性能的影响

通过第一性原理方法, 计算了稀土镁合金的晶格常数、弹性模量、体模量、剪切模量、杨氏模量和各向异性参数等性能, 研究了稀土元素对镁合金的结构及力学性能的影响. 结果表明: 固溶体中固溶原子和溶剂原子之间的最近邻原子间距增大, 固溶体的体模量减小; 固溶原子的4f电子对固溶体的性能有较大的影响, Eu及Yb处出现的晶格常数和力学性能的反常来源于固溶原子的特殊的4f电子层结构; 方向性共价键是固溶体脆性增加的原因.     

基于1,2-二(2-吡啶甲酰胺基)苯铜形成的配位聚合物网络晶体

合成了1,2-二(2-吡啶甲酰胺基)苯铜(Cu(bpb))配合物, 以该配合物为基本构筑基元(building block), 通过分子间配位键及氢键相互作用形成了超分子配位聚合物. 用X射线单晶衍射的方法获得了配位聚合物的单晶结构, 单晶结构分析结果表明, 在Cu(bpb)晶体中由于分子间一维无限伸展的弱配位键相互作用, 形成了一维分子柱(molecular column), 许多一维分子柱沿同一方向取向、排列构成三维网络晶体, 分子柱之间有氢键相连, 这些氢键沿晶体学bc平面无限伸展. 以Cu(bpb)为构筑基元, 通过分子间一维配位键作用结合二维氢键作用, 形成了超分子配位聚合物.     

非键体系中计算红外光谱学的发展与应用:量子与经典体系

红外光谱是解析分子体系运动性质的重要方式.随着科学计算技术的不断发展以及实验探测领域的扩大,理论计算成为理解红外光谱不可或缺的手段,计算红外光谱学应运而生.在以非键相互作用为连接纽带的体系中,由于分子的运动情况复杂,所对应的红外光谱难以用经验指认,理论计算显得格外重要,并逐渐成为了目前理论计算化学的研究热点之一.本文回顾了可以用于非键体系光谱精度计算的一系列方法,从第一性原理出发,通过合理的近似,能够较好地复现实验结果,并且可以获得从光谱学不能直接得到的信息.回顾从小体系到大体系红外光谱的发展思路,本文亦对该领域的未来发展方向做了展望.