若干功能体系的定向设计与构筑

本项目基于"分子工程学"思想,以功能为导向,在分子水平上对结构进行设计与剪裁,最终实现特定功能体系(分子基体系、表界面体系、多孔体系、配合物体系、金属有机体系及分子反应体系)的定向合成、制备与组装.在分子自组装,表界面及能级结构的调控,多孔空间结构的设计构筑与合成规律,金属价态、基元构型、边臂协助的作用机制,化学键的可控断裂与形成等方面取得一些新进展,为促进化学以及环境、能源、材料及生命等领域的迅速发展提供科学基础.     

硼亲和可控定向表面分子印迹技术研究进展

分子印迹是一项模拟靶向生物分子特异性识别能力的仿生分子识别技术,因其识别选择性好、制备简单、价格低廉等优势而被广泛应用.发展至今,已有多种先进的印迹方法被报道,包括表面印迹、表位印迹、乳液印迹等,克服了传统本体印迹方法中存在的许多问题,也使分子印迹技术在许多应用领域成为理想的抗体替代品.由于糖抗体极为稀缺,因此发展出针对糖类化合物的分子印迹技术显得尤为重要,而硼亲和可控定向表面分子印迹技术的提出为解决该问题提供了极有力的技术支持.该技术是一项可控、通用、高效的分子印迹技术,几乎适用于各种类型的基质材料和所有糖类化合物的印迹.它的提出不仅进一步丰富了分子印迹技术的应用范围,更是从方法学上将分子印迹技术推向了一个新的高度,因此具有重要的现实与科学意义.本文介绍了硼亲和可控定向表面分子印迹技术的主要制备方法、原理、应用及其最新研究进展,提出了该技术目前存在的若干问题并展望其未来可能的发展方向.     

石墨烯的组装和织构调控:碳功能材料的液相制备方法

石墨烯是sp2杂化碳质材料的基本结构单元,为构筑具有特定结构和功能的碳质材料带来新的契机.通过石墨烯/氧化石墨烯的液相组装和组装体织构的二次调控可以实现新颖碳功能材料的可控制备,这种液相制备方法实现了碳结构单元在溶液相直接自组装构建固相碳质材料.相比较而言,碳功能材料制备的经典方法,如固相炭化方法侧重于材料宏观尺度的结构和形态调控(如炭纤维),气相沉积方法长于在微观层面实现材料结构控制(如碳纳米管);而这种基于石墨烯自组装的液相制备方法架起了从微观到宏观的桥梁,实现了材料介观织构的精确构建.结合本课题组近年来的研究工作,本文对与石墨烯相关的液相结构组装和组装体织构调控方面的研究进展进行了简要评述和前景展望,并着重介绍了几种新颖的石墨烯基多孔碳功能材料.     

层层自组装纳米药物载体在癌症治疗中的研究进展

层层组装制备过程简单,适用基材广,可通过组装基元和超分子组装驱动力等参数的调控和组合,衍生出众多的超分子组装结构和功能,发展为最有潜力的表面可控制备、修饰技术.层层自组装技术近些年来在生物医学领域研究突出,本文主要概括了层层自组装纳米药物载体共载两种治疗制剂,以及不同响应型和靶向功能的纳米药物载体的构建及功能,并在此基础上探讨了其在抗癌治疗的发展前景.     

分子印迹材料的先进制备技术与策略

分子印迹聚合物(molecularly imprinted polymers, MIPs)是采用分子印迹技术(molecular imprinting technology, MIT)制备的,具有与模板分子在形状、大小及官能团方面完全匹配的特异识别位点的高分子聚合物,能选择性识别和富集目标分析物(模板分子),已广泛用于样品前处理、化学/生物传感等领域.然而,在MIPs制备和使用过程中,仍存在模板分子洗脱困难、有效识别位点少、结合容量低、传质速率慢、水相识别差等问题.通过借鉴融合其他领域的先进技术和策略, MIT发展迅速,各种新型的印迹技术和策略不断涌现,不仅有效解决了上述问题,而且推动了新型MIPs的发展并拓展了其应用范围.本文以MIPs在样品前处理、传感和刺激响应中的应用为导向,梳理了MIPs材料的先进制备技术(表面印迹和纳米印迹技术、可控/活性聚合技术、点击化学、固相合成技术等)、策略(多模板、多功能单体、虚拟模板、片段印迹、硼亲和印迹策略等)与刺激响应印迹(磁、温度、光和pH响应等),并对印迹技术和材料的发展进行了展望.     

天然纤维素物质模板制备功能纳米材料研究进展

自然生物物质特殊的天然结构赋予其人工材料所难以比拟的优异功能,是构建人造功能纳米结构材料理想的模板物质.天然纤维素物质作为一种常见的天然高分子化合物,从宏观到分子层次的独特阶层结构及其在纳米层级上的多孔网状形貌可期赋予以其为模板而制备的有关人造材料独特的性质和功能.以纳米层级的精度和客体基质(无机和有机的)精确复制自然纤维素物质,能够最大限度地把其优异性能(如多孔隙结构和高内表面积)引入到相应的人造材料中去.应用表面溶胶-凝胶方法可以在纤维素物质的纳米纤维表面以纳米级别的厚度可控沉积金属氧化物凝胶薄膜,特定功能的客体物质能够进一步地表面组装于其上;继之以合适的方法去除纤维素模板成分即得到相应的具有纤维素物质阶层状结构和形貌的人造功能材料.本文简述了以此为基础设计和构建新型纳米结构材料(如金属氧化物及其复合纳米材料、聚合物纳米材料、硅和金属纳米材料等)的研究进展.以自然纤维素物质为模板或支架开发功能材料是一条获得新型功能纳米材料的简便、低成本和对环境友好的捷径.     

DNA水凝胶分子设计、合成与应用

DNA纳米技术是纳米生物技术的一个重要研究领域,近年来发展迅猛.通过理性设计和可控制备可以获得多种基于DNA纳米结构的材料.DNA水凝胶作为宏量DNA材料的重要代表备受关注,展现出很广泛的应用前景,尤其是在生物医学应用领域.本文介绍了DNA水凝胶的分子设计原理、合成方法和典型应用,重点综述近年来该领域具有代表性的研究成果.     

封面说明

<正>分子印迹是重要仿生识别技术,用于制备抗体和酶的模拟物,所得分子印迹聚合物具有识别特定目标分子的能力.分子印迹材料是近20年来研究非常活跃的功能材料之一,已经广泛应用于分离、样品处理和传感等领域.特别是,分子印迹技术可以与其他的材料技术和纳米技术相结合,制备出各种各样的同时具有独     

二苯丙氨酸二肽有序纳米结构的组装及应用

二苯丙氨酸二肽(L-Phe-L-Phe,FF)是引起阿尔兹海默症的A?-多肽成纤维的关键识别序列,具有优异的自组装性能,是制备生物功能性纳米材料的重要组装基元.迄今为止,研究者已制备出多种FF基微纳米结构,但是如何有效地控制自组装材料的形状和尺寸一直都是研究的关键和热点.近年来,本课题组通过改变组装条件以及引入外源小分子等方法来调控FF基肽分子的组装,成功实现了对肽基组装材料的形状、结构和功能的调控.这些研究不仅丰富了FF基肽分子的组装结构,同时也为其他肽基纳米材料的制备和生物功能材料的开发提供了新的策略和重要的实验依据.     

基于第一性原理计算的低维功能材料分子设计

低维材料具有高比表面积以及独特的物理化学特性,是未来能源、信息等技术领域的重要研究内容,但如何实现特定结构和功能是其实际应用的基础.分子是保持化学结构和特性的最小单元,从分子基元出发,可以实现低维材料结构预测以及功能导向的理论设计.本文综述了低维功能材料理论设计方面的研究进展,结合分子设计策略和第一性原理电子结构计算方法,针对特定结构和性能开展理论设计,预测了复杂二维单质晶体结构以及一系列低维新型光催化材料和自旋电子学材料,并揭示了低维材料功能和分子基元物性之间的对应关系,总结和展望了低维功能材料分子设计的优势与挑战.     

热解法制备MOF衍生多孔碳材料研究进展

纳米多孔碳材料因其丰富的空隙、大比表面积及易于设计等特点在工业上展现出巨大的应用潜力,而通过调控其组成结构以获得更优的性能并实现制备成本的控制一直是研究的重点.金属有机框架(MOFs)作为一种新型的晶态多孔材料,具有组成可调、结构多样、孔径可控等特点,在催化、能量储存和转化、气体储存、环境修复等诸多方面受到了广泛的关注.特别地,基于MOFs的结构与组成,MOFs被用作制备各种形式的纳米多孔碳材料以及新的多功能碳基复合材料的通用前体,与单个组件组装的复合材料相比,它往往表现出更优越的功能特性.本文综述了近年来采用MOFs热解的方法制备多孔碳材料的设计原理和策略,为获得高性能多孔碳及其复合材料提供借鉴并给出了未来的发展前景和挑战.     

纳米结构及其自旋量子态调控的前沿进展

在纳米尺度上对物质的结构及其特性实行有效控制,是纳米器件研究中最重要的基础问题之一,其中认识和理解纳米结构单元,利用其结构特点可控制备人工纳米结构,从而调控其单分子自旋量子态,在纳米器件与量子调控中具有潜在的应用前景.     

基于谷氨酸树枝状两亲分子的超分子水凝胶的收缩及其功能化应用

超分子凝胶是基于低分子量凝胶剂分子在溶剂中通过分子间非共价相互作用自组装形成的具有网络骨架结构的半固态、半液态的软物质材料,其易于制备、组装结构多样并具有多重刺激响应性,有望在智能材料等领域得到应用.刺激响应性包括一些物理或化学刺激,如温度、pH、离子强度、磁场、电场、光照、氧化还原、化学及生物物质等,凝胶材料可以在这些刺激下发生诸如凝胶的形态(溶胶-凝胶)、体积(收缩-膨胀)和形状(形状记忆)等的可逆变化.其中,可以发生宏观上的体积相转变的刺激响应性水凝胶尤为引人注目,在药物释放、生物感应、可控微流阀门以及组织修复愈合等方面具有广阔的应用前景.本文介绍了一种基于谷氨酸树枝状两亲分子的具有体积收缩功能的超分子水凝胶,阐述了该凝胶体系对金属离子、pH、温度和光等刺激信号的响应及其可逆收缩-膨胀机理,并介绍了利用超分子凝胶的收缩特性在混合染料分离、可视化手性识别与检测、手性光学开关和药物释放等领域的应用.     

次序模板法合成中空多壳层结构材料的发展与挑战

中空多壳层结构材料因具有由外至内次序排列的多个壳层,赋予了材料独特的时空有序性,在电化学储能、太阳能转换、电磁波吸收、催化、气敏、药物释放等领域有着巨大的应用潜力.然而由于结构的复杂性,缺乏普适可控的合成方法成为制约该新型功能材料发展与应用的关键.次序模板法的发展,实现了中空多壳层结构材料的普适可控合成,促进了该领域的迅速发展.本文简单回顾了中空多壳层结构材料合成方法的发展历程,主要总结了次序模板法从提出到日益成熟的发展过程,深入分析了次序模板法的特点与适用范围,剖析了次序模板法促进中空多壳层结构材料迅速发展的原因,最后探讨了中空多壳层结构材料在可控合成上面临的挑战和未来的发展方向.     

多酸-查耳酮杂化分子的制备及其光交联性能

光敏型多酸杂化分子及其光响应特性是目前多酸功能材料的研究重点.本文采用共价修饰的方法将光敏型查耳酮基团嫁接至Anderson型多酸骨架上,制备了一类新型的光敏杂化分子.利用核磁共振、傅里叶转换红外、高分辨质谱、单晶X射线衍射等技术确认了多酸-查耳酮分子的结构;并利用紫外光谱、核磁共振和凝胶渗透色谱技术详细研究了多酸-查耳酮分子的光交联特性.该工作为新型光敏多酸杂化分子的制备及功能应用提供了良好借鉴.     

分子超薄膜

分子超薄膜不同于传统的薄膜材料,它们的厚度在1—100nm的尺度范围．其制备方法也不同子一般的无机薄膜与高分子薄膜.它们是由具有两亲性质的分子所形成的分子集合体系,其基本结构十分相似于生物膜．人们可以借助于超分子化学和配位膜化学的概念,精心设计、合成具有不同结构的两亲配体及其金属配合物,充分利用过渡金属和稀土金属的性质,极有可能用配位、互补、偶联和杂化等方法去构筑具有光、电、磁、热、声等特殊功能的分子超薄膜．     

静电纺丝制备光电功能聚合物纳米纤维及其应用

随着器件小型化的需要以及分子器件的发展,基于纳米及亚微米尺度的分子材料近十年来备受关注.一维纳米结构具有本征各向异性,有利于电荷传输,是研究电子传输行为的理想体系.通过静电纺丝能够快速大量地制备聚合物纳米纤维,其孔隙率高、比表面积大,是当前一条行之有效的、重要的制备光电功能聚合物一维纳米结构的路线.本文详细阐述了通过静电纺丝技术制备光电功能聚合物纳米纤维及其在有机场效应晶体管、气体传感器和电化学传感电极等方面的应用研究进展,并进一步提出了该领域的研究前景及尚待解决的问题,同时扼要介绍了模板法、自组装法和蘸笔印刷等其他常用的制备光电功能聚合物纳米纤维的方法.     

自组装低维无机/有机异质结纳米材料

一维有机-无机异质结纳米材料因自身具有突出的光学和电学的性能而备受关注.在这种异质结材料内部,有机和无机的组分相互作用形成多个功能界面.这种新材料不仅保留了原来单组分的本征特性,还会通过界面强的作用产生新的特性,真正实现"1+12"的协同性能.认识和解释分子自组装的控调规律;通过分子结构的裁剪和作用力的调控实现小尺度低维分子聚集态异质结构的大面积、高有序组装;理解分子聚集态尺度下分子间弱相互作用产生的协同驱动机制和通过杂化/异质自组装优化原有功能,获得新结构的分子低维聚集态结构并在分子自组装体水平上研究结构变化导向的特殊性质,对基础科学研究的发展具有重大的科学意义.在本文中,我们主要讨论了制备异质结纳米材料的方法以及这些材料在电子和光学领域的应用.     

单分子电子学的实验研究进展及未来10年展望:从器件到应用

单分子电子学的初衷是采用单个分子这种极致尺寸结构精确可控的材料作为电子器件的功能单元,以此来应对半导体器件尺寸的小型化进程.从第一次实验测试到单分子电导开始,单分子电子学经历了25年的发展,逐渐衍生出两条研究路线:一条是延续该领域的初心,通过采用单个分子构筑半导体器件,进而实现逻辑运算乃至分子计算芯片;另一条是开辟新的研究领域,采用单分子电子学技术作为单分子尺度物理化学过程的表征方法和研究工具.本文沿着单分子电子学的发展脉络,简述单分子电子学领域的重要研究进展,并对该领域未来发展趋势及所面临的挑战进行展望.     

以多巴胺为功能单体的生物大分子印迹聚合物

分子印迹聚合物(molecularly imprinted polymer, MIP)是指功能单体与模板分子组装后发生聚合,通过移除模板分子得到的聚合物.与天然抗体相比, MIP具有制备简单、成本低廉、稳定性好、可重复使用等优点,因此被广泛地用于分离富集、化学传感、药物运输及生物催化等领域.近年来,分子印迹技术的发展促进了以生物大分子特别是蛋白质为模板的印迹材料的设计、制备和应用研究.由于生物相容性好,聚合反应条件温和且容易调控,多巴胺被用作功能单体在固体基质表面通过自聚合反应印迹生物大分子.本文综述这类分子印迹聚合物的设计和制备方法,并介绍印迹材料的性能表征和应用;重点论述以蛋白质为模板的印迹聚合物,同时兼顾以其他生物大分子如多肽、低聚糖以及病毒、酵母细胞等直接作为模板的印迹聚合物的合成和表征;最后讨论该领域的未来发展趋势和存在的挑战.