《介觀超分子組裝中柔性間隔層的作用機理研究》是依託北京化工大學，由石峰擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：介觀超分子組裝中柔性間隔層的作用機理研究
- 依託單位：北京化工大學
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：石峰
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
微米到毫米尺度的介觀超分子組裝是超分子化學的重要發展方向，並有望實現其在微小精細三維組織工程支架方面的潛在套用。介觀超分子組裝的關鍵問題是如何使分子層次上的超分子相互作用能夠克服構築基元的尺寸效應而有效地發生作用，為此，本項目藉助高分子科學中已有的柔性去耦合效應理論，提出在介觀超分子組裝中引入柔性間隔層的概念，以普適性地實現在不同基材的介觀構築基元的組裝。我們藉助交替層狀組裝技術，在構築基元表面設計並依次製備柔性間隔層、抗粘性塗層和超分子識別層，通過冷凍SEM、原位AFM、動態接觸角等表征手段監測其組裝過程，並總結出柔性間隔層在介觀超分子組裝中的作用機理，構建柔性間隔層厚度與構築基元尺寸以及表面超分子作用體系之間的定量關係。進而，結合介觀超分子組裝和外磁場定位，實現具有區域化學性質差異的微米到毫米尺度三維有序結構的製備，將其用於細胞的選擇性吸附，並探索在誘導幹細胞分化方面的套用。
結題摘要
巨觀超分子組裝的自下而上構築、實驗條件溫和、生物相容性體系豐富等獨特優點，有望為體相超分子材料的廣泛套用提供可能，然而目前巨觀超分子組裝還面臨一系列研究難點。首先巨觀尺度構築基元的表面通常存在一定的粗糙度，且構築基元表面所修飾的超分子官能團也存在一定的空間分布，因此難以保證特超分子官能團恰好在對應位置發生相互作用。針對這一問題，我們課題組提出並發展了“柔性間隔層”的概念，實現了非水凝膠體系的巨觀超分子組裝。我們以毫米級立方形PDMS構築基元為模型，在其表面通過Layer-by-Layer修飾PEI/PAA多層膜作為“柔型間隔層”，繼而修飾PDDA/PSS多層膜作為粘性阻隔層，最外層修飾PDDA/PAA-CD或PDDA/PAA-Azo多層膜作為超分子作用層，在水中震盪實現了巨觀超分子組裝，相反地無柔性間隔層的PDMS構築基元不能在震盪條件下實現巨觀超分子組裝。一方面“柔性間隔層”通過其自流平效應彌補巨觀構築基元表面的粗糙度，使表面相對光滑平整；另一方面，“柔性間隔層”所支撐的超分子官能團自由度較高，根據多重相互作用原理，當有一對超分子官能團發生作用時會促進鄰近的未作用的自由官能團達到分子間作用距離，進而實現儘可能多的識別位點。基於柔性間隔層實現巨觀超分子組裝的作用機理是由於所構築的聚電解質多層膜的流動性，為了進一步發展柔性間隔層體系，我們製備了PEI/HA和PAA&HA/PDMAEMA兩種自修復聚電解質多層膜，並以這兩種自修復膜為柔性間隔層實現了巨觀超分子組裝。在基於“柔性間隔層”實現巨觀超分子組裝的基礎上，我們通過有效作用面積對不同組裝體形態進行篩選，實現了圓柱狀構築基元的選擇性組裝，通過結合親疏水長程作用和超分子短程作用實現精準的巨觀超分子組裝。此外，在構築基元的可控運動方面，我們進一步發展與組裝過程相匹配的驅動力實現了智慧型器件的可控運動和化學能到電能的轉換；結合構築基元的可控運動與巨觀超分子組裝，利用磁場等外場定向組裝，實現了複雜三維有序結構的構築，並初步探索了生物相容性、細胞吸附特性及對細胞生長的影響等。
