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科技前沿
蘭州化物所實現大規模合成大腦皮層狀介孔二氧化硅基復合材料
2015-12-04 10:14:57 來源:蘭州化學物理研究所 作者: 【 】 瀏覽:1290次 評論:0

介孔二氧化硅材料是一種具有高比表面積、大孔容、形貌和尺寸可控的新型無機材料,它兼具了介孔材料和二氧化硅材料的雙重特性,在催化、分離、生物醫學、傳感器等領域應用前景廣泛。十六烷基三甲基溴化銨作為一種常見的陽離子表面活性劑在介孔二氧化硅材料的制備中被廣泛使用,但是所制備的介孔二氧化硅材料介孔孔徑難以超過4nm。然而,在眾多應用領域中,如蛋白質運輸等方面,只有當介孔尺寸大于10nm時才能滿足實際應用的要求,通常將這類材料稱為大孔介孔二氧化硅材料。目前已知的制備大孔介孔二氧化硅材料的方法均存在一定的不足,如顆粒尺寸太大無法滿足生物醫學的要求、難以功能化、難以大規模生產等。

中國科學院蘭州化學物理研究所研究員王齊華帶領的小組發展了一種簡單高效、適于大規模生產的制備單分散功能化的大孔介孔二氧化硅基材料的方法。該小組著眼于氧化硅框架結構的設計,試圖通過有機硅烷的引入構筑有機-無機雜化殼層。相對于無機部分,有機硅烷雜化部分抵抗堿刻蝕的能力更弱。他們采用乙烯基三乙氧基硅烷與正硅酸乙酯共水解/縮聚構筑了有機-無機雜化殼層,結合選擇性刻蝕的思路一鍋法制備了大腦皮層形貌的介孔氧化硅基核-殼結構。

通過調控有機硅烷的量和刻蝕時間,他們實現了對介孔孔徑、材料形貌的有效控制。表面介孔孔徑最大可達~19nm,孔體積可達1.29cm3g-1。此外,部分刻蝕下來的低聚硅酸鹽會在刻蝕部分再次發生自組裝,使介孔孔道內存在大量暴露的乙烯基,利用這一特點可在孔道內接枝溫度響應性高分子聚(N-異丙基丙烯酰胺)制備溫度響應性納米反應器。在制備中間層介孔二氧化硅時,引入了熒光基團,使得最終產品展現出良好的熒光特性,擴展了所制備的材料在生物領域的應用前景。

該方法為大孔介孔二氧化硅基納米材料的大規模制備提供了一種簡單、高效的合成途徑,有望在納米反應器、藥物緩釋系統和生物成像等領域得到應用。相關工作發表在Nanoscale ( Nanoscale, 2015, 7, pp 16442-16450)上。

大孔介孔二氧化硅材料的制備示意圖及形貌表征

所制備材料的熒光特性(a,b)及溫度響應性(c,d)


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