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同济大学杜建忠教授课题组: 重力坍陷法构建聚合物纳米碟
2018-01-30 来源:中国流变网    点击次数:1487次    

  聚合物自组装是一种广泛使用的纳米材料制备方法,通过控制聚合物组成和组装条件,可以形成球形、柱状、空心、碟状等多种纳米结构。这些纳米结构在药物载运、抗菌、催化以及能源存储等方面有着广泛的潜在应用。

  不同于常见的球形结构,聚合物纳米碟因其结构特殊而难以制备。传统制备方法涉及刚性膜机理,一般在通过动力学进行控制,所采用的“线-棒”状嵌段共聚物的疏水部分具有较强结晶性或者较大刚性,使得聚合物组装成膜后难以弯曲闭合,最终形成纳米碟。该方法需要对聚合物组成进行严格的设计并对自组装过程进行精确的控制,而且所能采用的聚合物种类有限。

图1重力塌陷法构建纳米碟的过程

  聚合物纳米碟的制备存在上述难点,同济大学材料科学与工程学院杜建忠教授课题组绕过传统方法涉及的刚性膜机理,提出了一种简便且具有普适性的重力塌陷机理来构筑纳米碟。他们采用一步法合成了两亲性无规共聚物,该共聚物水解后可通过溶剂交换法组装形成“半刚半柔”囊泡,囊泡进一步可以常温在重力的作用下坍塌成纳米碟(图1)。

图2纳米碟的透射电镜和扫描电镜图

  他们使用透射电镜、扫描电镜以及原子力显微镜对纳米碟进行了表征。如图2所示,透射电镜下纳米碟呈现圆形碟状结构且厚度均匀,扫描电镜也表明纳米碟表面平整。原子力显微镜分析表明纳米碟的厚度在6 nm左右。

  对照组(水解前的聚合物)也能自组装形成囊泡,但是在重力作用下不能坍塌成纳米碟。他们对两组聚合物的结构进行了对比分析,推测水解后聚合物囊泡膜因羧基的亲水作用和氢键作用的存在而变得柔软而有韧性,因此能够塌陷形成纳米碟结构。

图3磁性囊泡的制备以及磁分离处理污水的过程

  同时,该组装体还可以负载磁性纳米氧化铁颗粒以高效吸附水中的多环芳烃并在外加磁场作用下与污水分离,如图3所示。

  该论文以“Polymer Nanodisks by Collapse of Nanocapsules”为题发表在Science China Chemistry。

  论文链接:http://engine.scichina.com/publisher/scp/journal/SCC/doi/10.1007/s11426-017-9209-3?slug=abstract

 
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