科普專欄 / Information

介孔材料合成新進展:高度有序的大孔徑納米氧化矽球

 

 

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圖一 具有大孔徑介孔氧化矽球在不同放大倍數下的掃描電鏡照片(上圖)以及在功能性納米粒子(左下圖)和基因擔載方面(右下圖)的初步應用。

近年來,由于具有高的比表面積和大的孔容,納米介孔材料在生物醫藥領域的應用價值越來越受到人們的重視,特别是利用其均一、易修飾的孔道結構來實現藥物/生物分子的高效擔載及可控釋放,已成為研究熱點之一。然而,目前大部分介孔基藥物載體材料的孔道尺寸往往在5 nm以下,這嚴重限制了其對于生物大分子如蛋白及核酸類藥物的有效擔載。針對這一科學問題,華東理工大學材料科學與工程學院施劍林教授和李永生教授帶領的低維材料化學課題組進行了長期而深入的研究,突破了目前介孔納米球材料在保持其有序結構不被破壞的前提下孔徑無法擴大的瓶頸,成功制備出一類兼有超大孔徑和有序介孔孔道的新型納米介孔氧化矽材料,最大孔徑可達17 nm。

在研究工作中,該團隊巧妙地利用兩親性嵌段共聚物聚苯乙烯-b-聚丙烯酸可作為介孔材料模闆劑這一特性,同時引入小分子表面活性劑十六烷基三甲基溴化铵作為結構導向劑,通過采用自組裝技術與溶劑熱工藝相結合的新方法,成功制備出一類具有有序介孔結構的大孔徑納米球材料。同時,初步考察了該有序大孔結構在超順磁性四氧化三鐵納米粒子以及DNA質粒擔載方面的應用研究。實驗結果表明,該類材料不僅可以有效地擔載四氧化三鐵納米粒子并作為陰性對比劑材料用于磁共振成像,其橫向弛豫率可達379.6 mM−1 •S −1,還可以高效擔載DNA質粒用于基因治療,是一類新型的納米診療劑材料。更為重要的是,通過調控體系中結構導向劑的濃度,可以有效地實現對該大孔體系孔徑、孔結構(六方相、立方相以及層狀)以及形貌的調節。

該研究工作不僅為制備一類新型大孔徑納米材料提供了新的方法和思路,而且将顯著拓寬介孔材料在生物醫藥領域的應用範圍,尤其是對開展大孔結構對生物大分子或功能性納米粒子的相關研究,具有重要的應用價值。

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