蜂窝状多孔膜的制备及生物功能的研究

摘要

由表面活性剂包裹多酸盐自组装构筑有序结构成为近年来的研究热点。多酸盐(polyoxometalates，简写为POMs)是一类新型纳米无机大分子，能很好地溶解在水中，释放出小阳离子（如Na+），本身以阴离子形式存在于溶液中。基于静电相互作用，与其带相反电荷的表面活性剂可对多酸盐进行表面修饰。最新研究结果表明，表面活性剂修饰的多酸盐复合物(surfactant-encapsulated polyoxometalates，SEP)能在固体基底上构筑结构规则的多孔有序薄膜。
　　 本文研究了蜂窝状多孔有序薄膜的构筑条件、影响因素;蜂窝状多孔膜的结构形貌、蜂窝状多孔膜的性质;以及使用蜂窝状多孔膜做材料，对细菌生长的影响、肝炎病毒复制干扰以及细胞相容性方面的研究;以实现对蜂窝状多孔膜的功能化应用。本论文共分为五部分:
　　 第一部分，概述了纳米级多酸盐的结构、分类、性质和应用。其次，我们归纳总结了多酸盐和适宜的表面活性剂分子相互作用后，其复合物SEP在溶液中的聚集和在界面上的组装行为。SEP界面上自组装，形成规整有序的结构。之后，我们着重介绍了蜂窝状多孔膜的研究现状及最新进展。目前，研究者主要报道了聚合物在固体界面上形成蜂窝状多孔膜，而对于表面活性剂包覆的多酸盐构筑蜂窝状多孔膜的自组装的研究较少。基于蜂窝状多孔膜的功能化应用，尤其在生物医学方面重要的研究价值，我们提出了本论文研究的目的和思路。
　　 第二部分主要利用溶剂挥发的方法在固体表面构筑了由SEP形成的蜂窝状多孔膜，并表征了蜂窝状多孔膜的形貌和结构。首先，描述了本论文中所选用的多酸盐Na11[CoW11O39]·6H2O({CoW11})的合成。其次，使用双链阳离子表面活性剂双十八烷基二甲基氯化铵(dioctadecyldimethylammonium chloride，DODMA+Cl-)和双十六烷基二甲基溴化铵(dihexadecyldimethylammonium bromide，DHA+Br-)，对多酸盐进行表面修饰，进而利用溶剂挥发的方法，潮湿气流的作用下，在固体基底表面实现SEP的自组装，形成规整有序的蜂窝状多孔膜。SEM、AFM、TEM结果展示了蜂窝状薄膜的规则多孔结构。
　　 第三部分研究了该多孔薄膜材料对大肠杆菌、金黄色葡萄球菌、铜绿假单胞菌等多种细菌具有抑制其生长的作用，且具有抗乙肝病毒功能。通过血球计数板法、细菌菌落计数法、MTT法、细胞培养法等多种方法展开了实验研究。这种薄膜可用于污水处理，在细菌分离、细菌传感器的制备以及肝病治疗等方面具有潜在的应用价值。该多孔薄膜的孔径可以通过改变其中表面活性剂的种类、浓度等方便地进行调节，从而满足各种情形下的实际应用。
　　 第四部分对于蜂窝状多孔膜的生物相容性进行了研究。多次细胞毒性实验证明该薄膜对正常细胞无毒，并且无溶血性，这大大拓宽了该薄膜的应用范围。因此，这种生物兼容性好的薄膜可用于负载敷药，在血液滤膜以及肝病治疗、临床应用等方面具有重要的价值。
　　 第五部分总结了该蜂窝状多孔膜的制备以及应用。该研究工作充实了纳米级多酸盐化学，并推动界面膜的发展，在构筑有序功能材料方面具有重要意义。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 引言

1．2 多酸盐

1．2．1 多酸盐的概述及发展历史

1．2．2 多酸盐的分类及研究前景

1．2．3 多酸盐组装

1．2．4 多酸盐构筑蜂窝状有序结构

1．3 多酸盐复合结构的生物医学性能

1．4 多酸盐复合结构的研究前景

1．5 本论文研究意义

参考文献

第二章 表面活性剂稳定的多酸盐制备蜂窝状多孔膜

2．1 前言

2．2 实验部分

2．2．1 实验药品和试剂

2．2．2 多金属氧酸盐{CoW11}的合成

2．2．3 表面活性剂修饰的多酸盐复合物的制备

2．2．4 基底材料与处理方法

2．2．5 蜂窝状多孔有序薄膜的制备

2．3 {CoW11}和SEP1、SEP2的表征

2．3．1 实验仪器

2．3．2 红外光谱的表征

2．3．3 紫外光谱的表征

2．3．4 同步热分析的表征

2．4 SEP1、SEP2形成的多孔有序薄膜的表征

2．4．1 实验仪器

2．4．2 SEM图像

2．4．3 TEM图像

2．4．4 AFM图像

2．5 浓度对于蜂窝状多孔膜的影响

2．6 本章小结

参考文献

第三章 蜂窝状多孔膜抑制细菌生长及抗病毒的性能

3．1 前言

3．2 实验部分

3．2．1 实验药品及试剂

3．2．2 实验仪器及方法

3．2．3 SEP1、SEP2溶液状态下的抑菌实验

3．2．4 构筑形成的蜂窝状多孔膜的抑菌性能

3．2．5 蜂窝状多孔膜的抗乙肝病毒的功能

3．3 本章小结

参考文献

第四章 蜂窝状多孔膜的生物相容性测试

4．1 前言

4．2 实验部分

4．2．1 细胞毒性测试

4．2．1 细胞溶血测试

4．3 本章小结

参考文献

第五章 总结

致谢

攻读硕士学位期间发表论文及获奖情况

学位论文评阅及答辩情况表