自组装单层膜的应用进展

自组装制备纳米材料的研究现状摘要文章综述了纳米材料各种制备方法，提出了应用自组装技术制备纳米材料。

评述了其在制备纳米材料时的机理、优缺点。

综述了纳米材抖的各种制备方法，提出了应用自组装技术制备纳米材料。

并对国内外应用自组装技术制备纳米材料(如纳米团簇、纳米管、纳米膜等)的研究现状进行了综述。

关键字：纳米材料自组装纳米团簇纳米薄膜前言纳米材料是20世纪80年代中期发展起来的一种具有全新结构的材料，它所具有的独特性质，使它在磁学、电学、光学、催化以及化学传感等方面具有广阔的应用前景。

自组装技术从纳米材料出现开始就一直应用于纳米材料的制备，只不过当时没有明确地将其作为一种方法提出。

到目前为止，自组装技术已能用来制备纳米结构材料，如纳米团簇、纳米管、纳米环、纳米线、多孔纳米材料、功能化纳米材料、功能化纳米级膜及有机/无机纳米复合材料。

纳米科学生命科学技术、信息科学技术和纳米科学技术是本世纪科技发展的主流方向。

纳米科学技术是在纳米空间对原子、分子及其他类型物质的运动与变化规律进行研究，同时在纳米尺度范围内对原子、分子等物质结构单元进行操纵、加工的一个新兴科学领域。

著名物理学家诺贝尔奖获得者Richmd P．Feynman在1959年l2月指出”There is a plenty of room at the bottom”,并预言，如果人类按照自己的意志去安排一个个原子，将得到具有独特性质的物质。

1981年G．Binning教授和H.Rohrer 博士发明了扫描隧道显微镜(scanning tunneling microscopy，STM)，使人类首次能够直接观察原子，并能通过STM对原子、分子进行操纵。

1990年7月，在美国巴尔的摩召开了第一届国际纳米科学技术学术会议，这标志着纳米科学技术作为一个新兴的领域正式形成，纳米材料学成为材料科学的一个新分支。

2000年7月美国国家科学技术委员会宣布实施纳米技术创新工程，并将纳米计划视为下一次工业革命的核心。

人工合成细胞膜的构建及其应用人类对于细胞膜的研究有着深厚的历史。

随着科学技术的不断发展，人工合成细胞膜逐渐成为科学界和工业界的热门领域，这一技术的成功应用将会为生命科学、医疗健康、环境工程等多个领域带来改变。

一、人工合成细胞膜的构建目前，人工合成细胞膜可分为两种：一种是单层膜，另一种则是双层膜。

单层膜是由一种或多种脂质分子组成的薄层膜，可以在液体内部或液体和气体的交界处形成。

它的构建方法包括自组装、模板法、电荷诱导等多种方法。

双层膜则是由两层互相对称的单层膜组成，其中间是一个水相区域。

它的构建方法大多数是通过前体分子进行膜融合。

目前，人工合成细胞膜主要是基于脂质的材料，其中包括磷脂类、甘油三酯、烷基酰胺以及其它复杂的脂质分子等。

这些脂质分子的结构和功能各不相同，可以通过选择并组合不同的脂质分子实现构建不同结构、不同功能的人工细胞膜。

二、人工合成细胞膜的应用1、生命科学领域在生命科学领域中，人工合成细胞膜的应用十分广泛。

当我们将不同的细胞膜融合在一起时，会产生不同的生物学效应，如细胞融合、细胞信号传导等。

目前尝试将这一技术应用于药物筛选和分离酶等蛋白质的研究上。

同时，人工合成细胞膜的构建也为生物仿生和人造细胞等领域的研究打下了基础。

借助人工合成细胞膜技术，研究者们已经成功构建出了一些具有结构功能与自我复制机制的小型细胞。

2、医疗健康领域人工合成细胞膜技术的应用还涉及到医疗健康领域。

在医疗用途上，通过模拟细胞膜，吸附药物等活性分子，可以实现高效率的传递，并减轻毒副作用。

与传统药物相比，通过人工合成细胞膜技术制备的药物具有更明显的药效，更小的药剂量，更少的毒副作用等优点。

实际上，人工合成细胞膜技术在癌症治疗、抗菌剂研究等方面得到了广泛应用。

此外，在生物识别、基因传递等研究中，人工合成细胞膜也起到了关键的作用。

3、环境科学领域人工合成细胞膜技术的应用还延伸到了环境科学领域。

利用该技术，可以构建可控、高效的水处理膜，如水处理、污染物的吸附和分离等方面，有着不容忽视的作用。

分子自组装原理及应用【摘要】分子自组装在生物工程技术上的建模、分子器件、表面工程以及纳米科技领域已经有很广泛的应用。

在未来的几十年中,分子自组装作为一种技术手段将会在新技术领域产生巨大的影响。

在这篇文章里,我们介绍了分子自组装技术的定义、基本原理、分类、影响因素、表征手段等,并阐述了分子自组装技术目前的研究进展,展望了分子自组装技术的应用前景。

【关键词】分子自组装；自组装膜molecular self-assembly technology and itsresearch advances【abstract】numerous self assembling systems have been developed ranging from Models to the study of biotechnology，to molecular electronics，surface engineering，and nanotechnology。

In future decades, the molecules from the assembly as a technical means in the new technology will have a great influence. In this article, we introduce elements of the assembly definition, the basic principles, classifying, influence, the means of index, and describes the elements of technology from the assembly of the present development, the molecules from the assembly the future.【Key words】molecular self-assembly；self-assembled molecular monolayer1前言分子自组装是分子与分子在一定条件下,依赖非共价键分子间作用力自发连接成结构稳定的分子聚集体的过程。

聚合物自组装及其在材料科学中的应用随着材料科学技术的不断发展，聚合物自组装作为一种晶态材料的制备方法备受关注。

自组装是指利用分子之间的相互作用力，使它们自发的组合成一定的结构。

自组装的优点在于制备简单、低成本、高效率，且具有可控性。

聚合物自组装可以制备出各种形状、大小的孔道，因此应用广泛，例如在分离、催化、电子学、生物学等领域。

本文将介绍聚合物自组装及其在材料科学中的应用。

一、聚合物自组装的机理聚合物自组装是指由聚合物链内部或外部的相互作用力引导而组装形成一定的结构。

这些相互作用力包括疏水作用、静电作用、氢键作用、π-π作用和范德华力等。

其中疏水作用是最常见的一种相互作用力。

疏水作用指的是疏水性分子之间的相互作用力，即排除水分子而使分子之间相互靠拢。

在聚合物自组装中，通常利用疏水作用使链段相互靠拢而形成膜状结构。

静电作用是指由于分子电荷的不平衡而产生的相互作用力。

在聚合物自组装中，利用静电作用可以形成电弱相互作用的聚合物微胶束结构。

氢键作用是指含有氢原子的分子与弱碱性或强氧化物相互作用形成的相互作用力。

在聚合物自组装中，利用氢键作用可以形成氢键结构的聚合物微胶束或纳米粒子。

π-π作用是指由于pi电子云的重叠而形成的相互作用力。

在聚合物自组装中，利用π-π作用可以形成π-π堆积结构的聚合物纳米线。

范德华力是指两个或多个分子之间的瞬时极性引起的相互作用力。

在聚合物自组装中，利用范德华力可以形成范德华力结构的聚合物纳米粒子。

二、聚合物自组装的应用1. 分离聚合物自组装在分离领域中应用广泛。

一种应用是聚合物微胶束用于水中重金属污染物的吸附分离。

聚合物微胶束由于具有疏水性和静电性，可以吸附并分离水中的重金属离子，从而达到净化水体的目的。

2. 催化聚合物自组装在催化领域也有着广泛的应用。

一种应用是利用聚合物纳米粒子作为催化剂去除废水中的有机物。

聚合物纳米粒子具有高的比表面积和孔道，能够有效吸附和分解有机物，从而达到净化废水的目的。

自组装单分子膜的合成及其表征方法1232230039 12材料化学2班龚赛赛摘要：自组装分子膜的制备和表征是目前自组装研究领域的主要方向, 此文总结了现阶段分子自组装膜的主要制备方法, 并从扫描探针显微镜( SPM)、电化学、光谱学和接触角等方面综述了近几年来自组装单分子膜的表征方法的研究进展, 概述自组装分子技术的现状及发展趋势。

关键词：自组装单分子膜; 扫描探针显微镜; 表征研究引言自组装单分子膜( SAMs) 的制备技术与机理研究已成为当今科研工作者们的研究热点，例如: 腐蚀科学、界面科学、材料科学等许多领域。

它的制备技术多样化，应用领域广泛化，工艺简单，成本低廉，是自组装技术的主要特点，但研究自组装分子膜的形状大小、结构方式、性能对比、致密性与稳定性等性质却离不开表征方法。

科学研究中利用大量的表征技术，可以提高工作效率，节省劳动成本，同时也可以获得人肉眼所不能察觉的信息，因此选择恰当的表征技术、方法与表征参数是科研工作者需要亟待解决的问题。

但关于自组装分子膜的表征技术等方面的文章在近几年内并不多见。

下面本文就对自组装的主要技术和表征等方面作综述。

1.分子自组装的主要技术1.1 化学吸附的自组装膜技术其方法为: 将附有某表面物质的基片浸入到待组装分子的溶液或气氛中, 待组装分子一端的反应基与基片表面发生自动连续化学反应。

在基片表面形成化学键连接的二维有序单层膜, 同层内分子间作用力仍为范德华力。

若单层膜表面具有某种反应活性的活性基, 再与其它物质反应, 如此重复构成同质或异质的多层膜。

其主要用于以图形化自组装膜( se lf- assemb ly: SA )为模板的纳米结构制备技术。

SA 结合光辐射、微接触印刷、等离子体刻蚀等方法获得了广泛应用。

例如Taton K. S. 和Gu ireP. E.将水溶液里包含光敏二苯甲酮疏水嵌段和低分子量聚环氧乙烷亲水嵌段的二嵌段共聚物用紫外光照射后, 共聚物自发地以共价键吸附到疏水表面上, 自组装成可减少细菌粘附的生物涂覆材料的SAM。

科技研究农家参谋-179-NONG JIA CAN MOU自组装单分子层技术的应用研究进展沙赟颖 李岩 胡婧 张玉莹（泰州职业技术学院、泰州市骨组织工程技术中心，江苏泰州，225300）【摘 要】本篇综述着重介绍基于金-硫醇反应的自组装单分子层（SAMS）技术在修饰材料表面中的应用，主要阐明金-硫醇自组装单分子层的基本原理、运用金-硫醇自组装单分子层研究蛋白吸附、生物识别、细胞粘附以及制备图案化和动力学表面等方面的进展。

【关键词】自组装单分子层；研究进展细胞粘附和铺展是绝大多数细胞生存、增殖及发挥功能的先决条件，粘附、铺展质量的好坏直接影响细胞的后续行为。

在正常的组织中，细胞的粘附表面是由胞外基质（ECM）构成的，ECM 是多种蛋白组装成的一种不溶性支架，这些蛋白包括纤连蛋白、层粘连蛋白、胶原以及其他的一些起连接作用的蛋白，它们在一个广阔的空间内形成对细胞的生物化学和生物力学刺激，诱导细胞行为的发生。

近些年来，利用经过物理或化学修饰的基底材料在体外模拟体内细胞微环境，研究细胞-基质相互作用的报道屡见不鲜。

然而，控制吸附在材料表面的蛋白活性与取向，即利用基底材料模拟胞外基质环境还存在或多或少的困难。

同时，也正是这些困难的存在，激励仿生材料的科研工作者在这个领域做了大量的工作，也取得了很多有意义的成果，创造出了一些行之有效的制备基底材料的方法，如多聚体材料、分子化学材料等。

在现有的修饰材料表面的技术当中，金-硫醇自组装单分子层无疑是应用最广泛、模拟人体微环境最好的一种方法，它可以很好的控制界面结构和性质。

该分子层是由长链烷基硫醇X-(CH 2)n -SH 吸附在金表面形成的单层膜，是新近发展起来的适合于用来研究细胞-基质相互作用的有机表面。

它不同于其他非共价驱动的自组装模式，含硫化合物在金表面的自组装成膜是通过极性共价键形成的，Au-S 键极易自发形成并释放热量。

硫醇、硫醚或二硫醚衍生物中的S 原子与Au 表面的强烈相互作用遵循软硬酸碱作用原理，形成Au-S 键，使得硫化合物在金表面形成的自组单分子层具有良好的稳定性、致密性和有序性。

液晶自组装及其应用研究液晶是一种在过渡状态下有序排布的有机分子，由于其结构的特殊性质，早在20世纪60年代，就被用于液晶显示器的制造中。

但是，随着时间的推移，人们发现液晶可以自组装形成完整的液晶膜，从而拓展了液晶的应用研究领域。

本文将详细探讨液晶自组装及其应用研究的相关内容。

一、液晶自组装的基本原理液晶自组装的基本原理是将液晶分子溶解在有机溶剂或水相中形成液晶相，在特定的温度、浓度、pH值和盐浓度条件下，将具有亲水性的材料或生物分子引入液晶中，通过相互作用可在液晶自组装单元上形成自组装薄膜。

液晶分子有两个基本的取向，即“顺向”和“横向”取向。

在液晶薄膜的形成过程中，这两种取向的液晶分子可以通过定向作用组成不同类型的结构，如单层、多层、立方和柱状等。

二、液晶自组装的应用领域1、传感器领域液晶薄膜对外部环境的变化非常敏感，在应变、温度、湿度等物理参数变化时，液晶膜的取向也会发生改变，这种改变可以通过特定的光学仪器进行检测和分析。

因此，液晶自组装膜在微型传感器领域的应用有很大潜力，可以用于生物传感、环境感知和化学分析等方面。

2、人工光合作用研究及光电器件液晶自组装在光电信息处理方面也有潜在应用。

利用液晶薄膜的自组装性质，可以制备具有光转换功能的人工光合作用系统，可以将太阳能转化为化学能，或将化学能转换为光能，以实现能量的存储和转化。

同时，也可以通过液晶自组装制备具有二维光子带隙结构的光学材料，用于光电器件的制备。

三、液晶自组装的研究进展液晶自组装研究在过去20年中取得了显著的进展，团队们不断探索着新的自组装材料、新的液晶自组装结构和新的自组装方法。

下面介绍几个最新的液晶自组装的研究进展。

1、小分子自组装过去大多数的液晶自组装研究是基于大分子构建的，但是，近年来，小分子自组装薄膜研究正在受到越来越多的关注。

小分子自组装薄膜具有重量轻、稳定性好、制备成本低等优势，因此逐渐成为液晶自组装研究中的一个新热点。

人工合成细胞膜技术的研究进展人造合成细胞膜技术是一项新兴领域，得到了广泛的研究和关注。

其主要研究方向在于如何使用人工材料来模拟天然生物膜，实现对生命过程中重要过程的研究，如细胞-外界相互作用、药物递送等。

人工合成细胞膜技术的研究领域涉及材料学、物理学、化学、生命科学等多个学科领域，已经取得了许多重要进展。

一、基于脂质自组装的人工合成细胞膜技术人工合成细胞膜技术最开始是基于脂质自组装的技术。

通过选择不同的脂质，可以控制人工合成细胞膜的性质和功能。

例如，磷脂酰胆碱可以组成液晶相，从而形成大面积的单层膜；而磷脂酸则可以在表面生成阴离子膜。

这种技术可以有效地模拟天然细胞膜的结构和功能。

随着人工合成细胞膜的发展和进步，人们发现脂质自组装技术存在其固有的局限性。

例如，脂质自组装技术只能制备单层膜结构，无法模拟复杂的细胞膜结构。

此外，在高盐浓度下，脂质自组装技术的稳定性也受到了限制。

二、基于纳米技术的人工合成细胞膜技术为了克服基于脂质自组装的技术的局限性，人们开发了基于纳米技术的人工合成细胞膜技术。

例如，利用纳米结构限制性膜可以使得人工合成细胞膜的稳定性、可控性、生物相容性等方面得到很大的改善。

此外，纳米技术还可以帮助人们在人工合成细胞膜上集成不同的功能分子，如荧光探针、生物传感器等。

三、基于蛋白质自组装的人工合成细胞膜技术蛋白质是生物分子中最为复杂的分子之一，拥有很高的结构可控性和功能可塑性。

基于蛋白质自组装技术，人们可以通过调控蛋白质结构和功能来模拟天然细胞膜，生成具有重要生物功能的人工合成细胞膜。

目前，人工合成细胞膜技术已经在细胞生物学、药物递送、生物传感、能源转换等多个领域展开了广泛的研究和应用。

例如，将药物载体纳入人工合成细胞膜中，可以有效地提高药物的靶向性和生物利用度；将荧光探针或电化学传感器集成到人工合成细胞膜上，可以实现对生物信息的高度敏感性检测和监测。

总之，人工合成细胞膜技术已经成为一个非常重要的研究领域，对于揭示生命过程中的一些重要问题或研究新型功能材料都具有重要意义。

二氧化硅表面单层自组装膜的修饰及其微加工研究进展＊高莉宁，夏慧芸，颜录科，邓娟利，陈华鑫（长安大学材料科学与工程学院交通铺面材料教育部工程研究中心，西安７１００６１）摘要 单层自组装膜是指溶液中的有机功能分子通过分子间及其与基体材料之间反应形成的稳定、有序的界面分子组装体系，其最大特点是有机功能分子与固体基质表面之间化学结合，稳定性高。

综述了二氧化硅表面单层自组装膜的研究现状，总结了二氧化硅表面单层自组装膜的修饰及在微观上的加工技术，并对各种技术的原理和应用状况加以描述，最后展望了二氧化硅表面单层自组装膜的发展前景。

关键词 二氧化硅　单层自组装　微加工中图分类号：Ｏ６４７；ＴＢ３３２ 文献标识码：ＡＲｅｓｅａｒｃｈ　Ｐｒｏｇｒｅｓｓ　ｏｆ　ｔｈｅ　Ｍｏｄｉｆｉｃａｔｉｏｎ　ａｎｄ　Ｍｉｃｒｏ－ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ　ｏｆ　Ｓｅｌｆ－ａｓｓｅｍｂｌｅｄ　Ｍｏｎｏｌａｙｅｒｓ　ｏｎ　Ｓｉｌｉｃｏｎ　Ｄｉｏｘｉｄｅ　ＳｕｒｆａｃｅＧＡＯ　Ｌｉｎｉｎｇ，ＸＩＡ　Ｈｕｉｙｕｎ，ＹＡＮ　Ｌｕｋｅ，ＤＥＮＧ　Ｊｕａｎｌｉ，ＣＨＥＮ　Ｈｕａｘｉｎ（Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ　Ｒｅｓｅａｒｃｈ　Ｃｅｎｔｅｒ　ｏｆ　Ｔｒａｎｓｐｏｒｔａｔｉｏｎ　Ｍａｔｅｒｉａｌｓ，Ｍｉｎｉｓｔｒｙ　ｏｆ　Ｅｄｕｃａｔｉｏｎ，Ｓｃｈｏｏｌ　ｏｆ　Ｍａｔｅｒｉａｌｓ　Ｓｃｉｅｎｃｅ　ａｎｄＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｃｈａｎｇ’ａｎ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｘｉ’ａｎ　７１００６１）Ａｂｓｔｒａｃｔ Ｓｅｌｆ－ａｓｓｅｍｂｌｅｄ　ｍｏｎｏｌａｙｅｒ（ＳＡＭ）ｉｓ　ｄｅｆｉｎｅｄ　ａｓ　ａ　ｔｗｏ－ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌ　ｆｉｌｍ，ｏｎｅ　ｍｏｌｅｃｕｌｅ　ｔｈｉｃｋ，ｃｏｖａ－ｌｅｎｔｌｙ　ａｓｓｅｍｂｌｅｄ　ａｔ　ａｎ　ｉｎｔｅｒｆａｃｅ．Ｔｈｅ　ｍａｊｏｒ　ａｄｖａｎｔａｇｅ　ｏｆ　ＳＡＭｓ　ｉｓ　ｔｈｅｉｒ　ｓｔａｂｉｌｉｔｙ　ｏｒｉｇｉｎａｔｅｄ　ｆｒｏｍ　ｃｏｖａｌｅｎｔｌｙ　ａｓｓｅｍｂｌｉｎｇｂｅｔｗｅｅｎ　ｏｒｇａｎｉｃ　ｆｕｎｃｔｉｏｎａｌ　ｍｏｌｅｃｕｌｅ　ａｎｄ　ｓｏｌｉｄ　ｓｕｂｓｔｒａｔｅ．Ｔｈｅ　ｒｅｓｅａｒｃｈ　ｓｉｔｕａｔｉｏｎ　ｏｆ　ＳＡＭｓ　ｏｎ　ｓｉｌｉｃｏｎ　ｄｉｏｘｉｄｅ　ｓｕｒｆａｃｅ　ｉｓｓｕｍｍａｒｉｚｅｄ；ｔｈｅ　ｍｏｄｉｆｉｃａｔｉｏｎ　ａｎｄ　ｍｉｃｒｏ－ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ　ｔｅｃｈｎｉｑｕｅｓ　ｏｆ　ＳＡＭｓ　ｏｎ　ｓｉｌｉｃｏｎ　ｄｉｏｘｉｄｅ　ｓｕｒｆａｃｅ　ａｒｅ　ｏｕｔｌｉｎｅｄ；ａｎｄｔｈｅ　ｐｒｉｎｃｉｐｌｅｓ　ａｎｄ　ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ　ｏｆ　ｔｈｅｓｅ　ｔｅｃｈｎｉｑｕｅｓ　ａｒｅ　ｄｅｓｃｒｉｂｅｄ．Ｆｉｎａｌｌｙ，ｔｈｅ　ｆｕｔｕｒｅ　ｃｈａｌｌｅｎｇｅｓ　ｉｎ　ｔｈｉｓ　ｆｉｅｌｄ　ａｒｅ　ｐｏｓｅｄ．Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ ｓｉｌｉｃｏｎ　ｄｉｏｘｉｄｅ，ｓｅｌｆ－ａｓｓｅｍｂｌｅｄ　ｍｏｎｏｌａｙｅｒ，ｍｉｃｒｏ－ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ　＊国家自然科学基金（２０９０３０１５）；中央高校基本科研业务费专项资金（ＣＨＤ２０１２ＴＤ０１４）；长安大学科技创新重点项目　高莉宁：女，副教授，主要从事荧光传感薄膜材料领域的工作　Ｅ－ｍａｉｌ：ｌｎｇａｏ＠ｃｈｄ．ｅｄｕ．ｃｎ 基质表面通过各种方法得到的单分子层厚度只有几纳米，但却能完全改变基质表面的性质。