论文部分内容阅读
具有优良磁性、催化性、生物相容性等独特性能的纳米粒子在可控催化、靶向给药和生物传感器等领域有着巨大的应用潜力。本文制备了四类功能性纳米粒子体系:对pH值、盐离子浓度等外部环境有响应性的纳米球形聚电解质刷,负载磁性纳米粒子或银纳米粒子的球形聚电解质刷,固载牛血清蛋白(BSA)的球形聚电解质刷,非对称磁性聚合物球和非对称磁性聚电解质刷,并用小角X光光散射对上述功能性粒子进行表征,得到了粒子随溶液pH值或盐离子浓度变化而变化的规律、金属纳米粒子或蛋白质在球形聚电解质刷内的分布规律和相互作用等重要信息,主要工作如下:以光乳液聚合法在聚苯乙烯核上接枝聚丙烯酸链,得到纳米球形聚电解质刷,以小角X光光散射方法对不同pH值、盐离子浓度下的球刷溶液进行表征;首次引入对数正态分布来描述球刷壳层聚电解质链的电子云密度差函数,很好地拟合了其散射曲线,得到了粒径、多分散性系数和聚丙烯酸链形态信息,与透射电镜、动态光散射表征结果一致。此外,散射结果表明随着溶液pH值上升,球刷聚电解质链的电离程度逐渐增强,链与链之间由于静电作用相互排斥,球刷尺寸变大;随着溶液盐离子浓度上升,球刷整体散射强度增强,表明钠离子进入壳层内,证明了球刷富集反离子的能力。以纳米球形聚电解质刷作为纳米反应器制备了磁性纳米粒子和纳米银粒子,并采用多次负载的办法增加球刷内磁性纳米粒子或银纳米粒子的含量。小角X光光散射结果表明:随着负载次数增加,磁性纳米粒子的负载量增加,样品单分散性变差,磁性纳米粒子在聚电解质链上的分布由静电作用以及空间阻力共同决定;负载银纳米粒子球刷的光散射规律与多次负载磁性纳米粒子的类似,银纳米粒子主要分布在苯乙烯核附近。由于负载金属纳米粒子的球刷保留了一部分的自由聚丙烯酸链,故仍旧对pH值和盐离子浓度有响应性。以小角X光光散射表征吸附BSA的纳米球形聚电解质刷溶液,拟合结果表明BSA主要依靠静电作用稳定吸附于球刷壳层中,而刷子特殊的球状结构和苯乙烯核的亲脂性使得核附近吸附的BSA量最多。当pH>5时,随着溶液pH值升高,体系小角X光光散射曲线在大q处产生BSA自聚峰,这说明球形聚电解质刷对BSA的吸附量减小,吸附于刷子内的BSA被逐渐释放至溶液中形成自聚体,与紫外吸附实验结果一致。以细乳液聚合法用磁性纳米粒子和苯乙烯合成了100nm左右的非对称磁性聚合物球,并以其为种子进行乳液聚合将球直径增大至200nm和450nm左右。随着聚合次数的增加,表面包覆油酸的磁性纳米粒子与聚苯乙烯的相分离加剧,磁性纳米粒子被排至聚合物球表面甚至脱离。以200nm左右的非对称磁性聚合物球为模板,通过光乳液聚合法在没有磁的苯乙烯半球表面接枝上聚丙烯酸链得到非对称磁性球形聚电解质刷。与一般的球形聚电解质刷一样,所得非对称磁性球形聚电解质刷有pH值响应和固载蛋白能力,此非对称磁性球形聚电解质刷在界面酶催化中有很大的应用潜力。