二氧化碳刺激响应纳米纤维/纳米粒子的制备和性能研究

作     者：车海龙 

作者单位：清华大学 

学位级别：硕士

导师姓名：袁金颖

授予年度：2015年

学科分类：07[理学] 070205[理学-凝聚态物理] 08[工学] 080501[工学-材料物理与化学] 0805[工学-材料科学与工程（可授工学、理学学位）] 0702[理学-物理学] 

主      题：刺激响应聚合物 CO2 静电纺丝 磁性纳米粒子 

摘      要：刺激响应聚合物能够感受外界环境,并且随着外部刺激源的变化而使自身物理或化学特性发生较大改变。作为人体重要的内源性气体之一,二氧化碳具有较好的生物相容性和膜渗透性,而且来源广泛,环保清洁,能够与脒基、叔氨基和胍基可逆结合,是一种“绿色的刺激源。二氧化碳刺激响应聚合物是指在通入CO前后,聚合物理化性质能够发生可逆转变的新颖刺激响应大分子体系。随着纳米技术、高分子化学和生物技术等学科的发展和交叉,不同种类的CO刺激响应纳米材料被不断开发出来,并在高分子组装体、“智能凝胶、功能表面等众多领域具有广泛的应用前景。本文基于CO刺激响应聚合物,结合静电纺丝技术和磁性杂化纳米粒子制备方法,分别成功构筑了CO刺激响应纳米纤维和CO刺激响应磁性纳米粒子,利用多种表征手段研究了纳米材料的形貌、组成和性能,探索了其CO响应性,并对其在油/水“开-关和药物可控释放中的应用进行了系统研究。通过合成CO刺激响应聚合物PMMA-co-PDEAEMA,利用静电丝技术成功制备了直径约为700 nm的CO刺激响应的“智能纳米纤维。对纳米纤维的形貌和可控润湿性表面的性能进行了详细表征和研究。研究发现,CO刺激响应界面材料的润湿性行为由其化学组成和表面形貌共同决定。利用CO作为“绿色驱动,纳米纤维膜表面可以实现在疏水(亲油)-亲水(疏油)之间相互转换,并可用作气体调控的油/水“开-关。此外,作者探索了CO刺激响应聚合物在双向油水分离中的应用,通过CO/N2交替刺激,实现了对油和水的选择性分离,且稳定性好,可重复利用,对不同种类的油水混合体系都具有较高的分离效果。另一方面,通过结合高温分解法、溶胶-凝胶法和蒸馏沉淀聚合成功构筑了CO刺激响应的磁性纳米粒子Fe3O4@SiO2-PDMAEMA。研究发现,该有机/无机磁性杂化纳米粒子能够很好的分散于水溶液中,且在外磁场的调控下,可以可逆地聚集-分散,具有快速的磁响应性。进而,以Fe3O4@SiO2-PDMAEMA作为“智能药物载体,通过CO/N2气体的交替刺激,调节药物释放的“开和“关,成功实现了定时、定量、定点给药。同时,细胞毒性实验表明,该CO刺激响应磁性杂化纳米粒子具有较好的生物相容性,在“磁靶向药物可控释放中具有潜在的应用前景。