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介孔材料合成新进展:高度有序的大孔径纳米氧化硅球

 

 

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图一 具有大孔径介孔氧化硅球在不同放大倍数下的扫描电镜照片(上图)以及在功能性纳米粒子(左下图)和基因担载方面(右下图)的初步应用。

近年来,由于具有高的比表面积和大的孔容,纳米介孔材料在生物医药领域的应用价值越来越受到人们的重视,特别是利用其均一、易修饰的孔道结构来实现药物/生物分子的高效担载及可控释放,已成为研究热点之一。然而,目前大部分介孔基药物载体材料的孔道尺寸往往在5 nm以下,这严重限制了其对于生物大分子如蛋白及核酸类药物的有效担载。针对这一科学问题,华东理工大学材料科学与工程学院施剑林教授和李永生教授带领的低维材料化学课题组进行了长期而深入的研究,突破了目前介孔纳米球材料在保持其有序结构不被破坏的前提下孔径无法扩大的瓶颈,成功制备出一类兼有超大孔径和有序介孔孔道的新型纳米介孔氧化硅材料,最大孔径可达17 nm。

在研究工作中,该团队巧妙地利用两亲性嵌段共聚物聚苯乙烯-b-聚丙烯酸可作为介孔材料模板剂这一特性,同时引入小分子表面活性剂十六烷基三甲基溴化铵作为结构导向剂,通过采用自组装技术与溶剂热工艺相结合的新方法,成功制备出一类具有有序介孔结构的大孔径纳米球材料。同时,初步考察了该有序大孔结构在超顺磁性四氧化三铁纳米粒子以及DNA质粒担载方面的应用研究。实验结果表明,该类材料不仅可以有效地担载四氧化三铁纳米粒子并作为阴性对比剂材料用于磁共振成像,其横向弛豫率可达379.6 mM−1 •S −1,还可以高效担载DNA质粒用于基因治疗,是一类新型的纳米诊疗剂材料。更为重要的是,通过调控体系中结构导向剂的浓度,可以有效地实现对该大孔体系孔径、孔结构(六方相、立方相以及层状)以及形貌的调节。

该研究工作不仅为制备一类新型大孔径纳米材料提供了新的方法和思路,而且将显著拓宽介孔材料在生物医药领域的应用范围,尤其是对开展大孔结构对生物大分子或功能性纳米粒子的相关研究,具有重要的应用价值。

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