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受生物启发所制得的界面材料在工农业生产以及人们的日常生活中都得到了广泛的应用,其中多尺度的智能材料尤其引起了大家的密切关注。本论文正是在这一研究背景下,致力于开发研究具有一定功能的仿生多尺度智能界面材料,以仿生为灵感,从表面以及纳米孔道的化学组成和表面微纳米结构两个方面入手,利用制备合成多种响应性分子,实现了对体系中微纳米结构、化学组成和界面材料性质的良好控制,制备了一系列的多尺度响应界面材料。主要内容如下:
1.在平滑和粗糙基底上分别接枝了温度响应和pH值响应的共聚物刷,制得了温度和pH值双重响应的浸润性材料,其可以实现亲水与疏水、超亲水与超疏水的可逆转变。其突破了单一响应浸润性材料在应用中的不足:例如,某一种药物需要到温度和pH值异常于其他身体部位的地方进行定点释放,这种药物的浸润性就必须对温度和pH值作出精确的响应,才有可能完成“任务”。
2.将对环糊精响应的单体与对温度响应的单体在平滑和粗糙的基底上进行原子转移自由基聚合反应制得了对环糊精和温度浸润性双重响应的界面材料。其在环糊精浓度和温度的双重控制下可以精确的控制表面的浸润性,即多次可逆的实现超亲水到超疏水的转变。这种双重响应浸润性材料的研制成功进一步证明了制备双重响应浸润性材料方法的可行性。
3.合成了一种对于葡萄糖浓度和pH值响应的单体,将其与温度响应的单体在多尺度界面上进行共聚和得到了一种多重响应的浸润性材料,其在温度、pH值和葡萄糖浓度的调控下可以使得表面从超亲水到超疏水进行多次可逆的转变。这样的共聚物做为糖尿病患者药物的载体有着较好的应用前景。
4.将对pH值响应的DNA纳米马达引入到单纳米孔道内,构筑了一个焓驱动的智能离子孔道。在低pH值的时候,这种离子孔道呈现了低电导的“关”态;在高pH值的时候,这种离子孔道呈现了高电导的“开”态。通过研究,得知这种开关状态的转换是由于DNA纳米马达的两种构型转变(折叠的四链结构和展开的单链结构)所引起的。