球形聚電解質(zhì)刷(Spherical Polyelectrolyte Brushes, SPB)因其接枝密度高,刷層內(nèi)的pH值和反離子濃度保持相對恒定等優(yōu)點,可廣泛應(yīng)用于金屬離子的選擇性吸附、蛋白質(zhì)負(fù)載、納米催化劑制備、及藥物控釋等領(lǐng)域。本文合成了陰離子和陽離子球形聚電解質(zhì)刷,以陰離子球形聚電解質(zhì)刷作為納米反應(yīng)器合成了氧化鐵磁性納米粒子,并將磁性納米粒子包覆在球形聚電解質(zhì)刷的核內(nèi)制備了磁性聚電解質(zhì)刷；對上述功能性聚電解質(zhì)刷主要采用小角X射線散射(Small Angle X-Ray Scattering, SAXS)技術(shù)研究了磁性納米粒子和牛血清蛋白在SPB中的分布規(guī)律及相互作用。本文的研究可為球形聚電解質(zhì)刷在蛋白質(zhì)分離、酶固載、納米金屬及其氧化物的制備等方面的應(yīng)用奠定理論基礎(chǔ)。具體工作包括：利用光乳液聚合方法在聚苯乙烯(PS)核上分別接枝高密度的聚丙烯酸(PAA)和2-氨基乙基甲基丙烯酸甲酯鹽酸鹽(PAEMH)鏈,合成了陰離子和陽離子型球形聚電解質(zhì)刷。利用SAXS研究了濃度、pH值和鹽濃度等對陰離子球形聚電解質(zhì)刷結(jié)構(gòu)及相互作用的影響,引入5層遞減模型描述了刷層的電子云密度分布,得到粒徑大小及分布,并與透射電子顯微鏡(TEM)、掃描電子顯微鏡(SEM)、動態(tài)光散射(DLS)的表征結(jié)果進(jìn)行比較。結(jié)果發(fā)現(xiàn),球形聚電解質(zhì)刷濃度越高,鏈間的相互作用越強(qiáng)；隨著pH值增加,聚電解質(zhì)刷鏈的電離程度及靜電斥力增加,鏈長增大,至pH值8后達(dá)到平臺值。聚電解質(zhì)刷鏈在適當(dāng)?shù)柠}濃度下會形成局部有序的結(jié)構(gòu),但過多的鹽濃度會屏蔽鏈層間的靜電相互作用,甚至使球形聚電解質(zhì)刷發(fā)生團(tuán)聚。以陰離子型球形聚電解質(zhì)刷為納米反應(yīng)器制備了氧化鐵磁性納米粒子。用SAXS研究了磁性納米粒子在刷層中的分布及pH值、鹽濃度、負(fù)載次數(shù)等的影響。結(jié)果表明：磁性納米粒子主要分布在靠近聚苯乙烯核表面的區(qū)域。隨著pH值升高,刷層厚度逐漸增加,并在pH≥8后達(dá)到最大。此外,采用共沉淀法制備了氧化鐵磁性納米粒子,并利用細(xì)乳液聚合法將其包覆到聚苯乙烯核內(nèi),制備了對外界磁場具有磁響應(yīng)的磁性核球形聚電解質(zhì)刷。磁性核球形聚電解質(zhì)刷與一般的陰離子球形聚電解質(zhì)刷一樣,對pH值、鹽濃度具有響應(yīng)性。但用SAXS研究發(fā)現(xiàn),聚苯乙烯核內(nèi)部的磁性納米粒子對散射強(qiáng)度的貢獻(xiàn)過大,因而pH值、鹽濃度等對磁性核球刷結(jié)構(gòu)的影響并不能通過SAXS曲線反映出。利用SAXS研究了陰離子球形聚電解質(zhì)刷對牛血清蛋白的負(fù)載。對聚電解質(zhì)刷層采用5層遞減模型擬合結(jié)果表明,隨著牛血清蛋白濃度增加,其在刷層中的含量呈均勻地增加,直到達(dá)到飽和吸附。隨著pH值增大(pH≥3),牛血清蛋白在刷層中的吸附量增加,而當(dāng)pH值繼續(xù)增大時(pH5),吸附量隨之減少,當(dāng)pH≥7時,牛血清蛋白大部分分布在溶液中。牛血清蛋白和鏈層羧基間的相互作用與鹽濃度密切相關(guān),因而牛血清蛋白在刷層中的吸附量明顯受到鹽濃度的影響。牛血清蛋白以靜電吸引力為驅(qū)動力吸附到刷層中。本文還利用SAXS對陽離子球形聚電解質(zhì)刷吸附牛血清蛋白進(jìn)行了研究。牛血清蛋白濃度對吸附到陽離子球形聚電解質(zhì)的影響規(guī)律,與陰離子球形聚電解質(zhì)刷的情況類似。隨著pH值從4增大到6.1,牛血清蛋白在球形聚電解質(zhì)刷中的吸附量增加,而在pH6.1后減��；隨著鹽濃度增大,吸附量減小。使用時間分辨SAXS實時研究了牛血清蛋白吸附到陽離子球形聚電解質(zhì)刷的動態(tài)過程。結(jié)果發(fā)現(xiàn)球形聚電解質(zhì)刷和牛血清蛋白混合后很短時間內(nèi)(0.16s),牛血清蛋白作為“橋梁”使球形聚電解質(zhì)刷間發(fā)生不同程度的聚集,隨著混合時間增長,牛血清蛋白在球形聚電解質(zhì)刷刷層內(nèi)部重新分散達(dá)到吸附平衡,而球形聚電解質(zhì)刷由聚集狀態(tài)轉(zhuǎn)變成分散狀態(tài)。
【學(xué)位單位】：華東理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位年份】：2015
【中圖分類】：O631;TB383.1
【部分圖文】：

枝密度足夠高時，各分子鏈間由于受到空間位阻、靜電力、溶劑效應(yīng)等作用而相互排斥，??從而使得聚合物分子鏈向外伸展巧成類似于刷子的大分子自組裝結(jié)構(gòu)，稱為聚合物刷??（圖１．１）。自２０世紀(jì)５０年代至２０世紀(jì)９０年化人們巧聚合物刷進(jìn)行了系統(tǒng)地研究［＾。??由于聚合物表征及分析技術(shù)日趨成熟，聚合物刷體系逐步成為大分子自組裝體系的研究??熱點［５－９３。聚合物刷具有許多獨(dú)特的性能，比如對細(xì)胞和蛋白質(zhì)的選擇吸附、對外部環(huán)境??獨(dú)特的響應(yīng)特性ｔｗ－ｗ、對特殊分子的抗絮凝和選擇吸附的特性ｎ４－ｉｓ］、良好的潤濕性［Ｗ、??可控的擴(kuò)散特性［１１１等，因此聚合物刷可應(yīng)用于表面活性劑、層析劑、捆滑劑和新型粘合??劑等領(lǐng)域ｔｗ－ｉＷ－Ｗ，成為研究高分子表面特性理想的模型體系，也得到了學(xué)者們的廣泛??關(guān)注［２２－２６］。根據(jù)接枝表面的不同，聚合物刷可Ｗ分為平面聚合物刷、球形聚合物刷和柱??狀聚合物刷。??球形聚電解質(zhì)刷的形成條件一般包括：（１）接枝到核上的聚電解質(zhì)鏈足夠長；（２）??接枝密度高；（３）聚合物鏈與核之間的界面清晰。球形聚電解質(zhì)刷尺寸分布較窄，表面??可Ｗ接枝不同的聚合物鏈從而應(yīng)用于不同的環(huán)境中，因此球形聚電解質(zhì)刷是研巧膠體和??乳液體系的理想模型結(jié)構(gòu)［２７

１丄２納米球形聚電解質(zhì)刷性質(zhì)??對環(huán)境變化的響應(yīng)??球形聚電解質(zhì)刷（如圖１．１所示）是具有核殼結(jié)構(gòu)的納米粒子，可通過乳液聚合方??法合成。球形聚電解質(zhì)刷對環(huán)境變化的響應(yīng)程度取決于接枝到核表面的聚電解質(zhì)種類，??如聚苯古帰橫酸鋼（ＰＳＳ），聚丙帰酸（ＰＡＡ），２－氨基立基甲基丙稀酸甲醋鹽酸鹽（ＰＡＥＭＨ）??等。對于球形聚電解質(zhì)刷鏈的微觀結(jié)構(gòu)，Ｄａｏｕｄ和Ｃｏｔｔｏ＃９斤１９８２年提出Ｄａｏｕｄ－Ｃｏｔｔｏｎ??（ＤＣ）模型。ＤＣ模型的建立基于兩大前提；（１）核表面接枝的聚電解質(zhì)鏈全部都處于??相同的伸展?fàn)顟B(tài)；（２）球形聚電解質(zhì)刷的局部性質(zhì)不受環(huán)境的影響。因此，ＤＣ模型通??常更適用于描述強(qiáng)聚電解質(zhì)刷的微觀結(jié)構(gòu)。為了對弱電解質(zhì)刷的微觀結(jié)構(gòu)及其對外界環(huán)??境（ｐＨ值，鹽濃度）的響應(yīng)進(jìn)行描述，Ｚｈｕｌｉｎａ等從理論上發(fā)展了?ＤＣ模型，而Ｂａｌｌａｕｆｆ??等利用球形聚苯己蹄核聚丙賭酸（ＰＳ－ＰＡＡ）刷實驗檢驗了這個模型。??１說｜?Ｉ?３００?ｊ?????？！�。�；〇?。。。。?—??１００?２００?■?〇?〇〇?０??—?萬?■?０??Ｅ?Ｉ?■〇??色一?ｔ??一?□□日?０?□?０?□□日?一?＞?Ｖ?Ｖ?７??５０?堿?Ｘ?Ｘ?ＸＸＸ］?１００??〇

１丄２納米球形聚電解質(zhì)刷性質(zhì)??對環(huán)境變化的響應(yīng)??球形聚電解質(zhì)刷（如圖１．１所示）是具有核殼結(jié)構(gòu)的納米粒子，可通過乳液聚合方??法合成。球形聚電解質(zhì)刷對環(huán)境變化的響應(yīng)程度取決于接枝到核表面的聚電解質(zhì)種類，??如聚苯古帰橫酸鋼（ＰＳＳ），聚丙帰酸（ＰＡＡ），２－氨基立基甲基丙稀酸甲醋鹽酸鹽（ＰＡＥＭＨ）??等。對于球形聚電解質(zhì)刷鏈的微觀結(jié)構(gòu)，Ｄａｏｕｄ和Ｃｏｔｔｏ＃９斤１９８２年提出Ｄａｏｕｄ－Ｃｏｔｔｏｎ??（ＤＣ）模型。ＤＣ模型的建立基于兩大前提；（１）核表面接枝的聚電解質(zhì)鏈全部都處于??相同的伸展?fàn)顟B(tài)；（２）球形聚電解質(zhì)刷的局部性質(zhì)不受環(huán)境的影響。因此，ＤＣ模型通??常更適用于描述強(qiáng)聚電解質(zhì)刷的微觀結(jié)構(gòu)。為了對弱電解質(zhì)刷的微觀結(jié)構(gòu)及其對外界環(huán)??境（ｐＨ值，鹽濃度）的響應(yīng)進(jìn)行描述，Ｚｈｕｌｉｎａ等從理論上發(fā)展了?ＤＣ模型，而Ｂａｌｌａｕｆｆ??等利用球形聚苯己蹄核聚丙賭酸（ＰＳ－ＰＡＡ）刷實驗檢驗了這個模型。??１說｜?Ｉ?３００?ｊ?????？�。。�；〇?。。。。?—??１００?２００?■?〇?〇〇?０??—?萬?■?０??Ｅ?Ｉ?■〇??色一?ｔ??一?□□日?０?□?０?□□日?一?＞?Ｖ?Ｖ?７??５０?堿?Ｘ?Ｘ?ＸＸＸ］?１００??〇
【相似文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 吳強(qiáng);周劍平;上官勇剛;杜淼;鄭強(qiáng);;聚電解質(zhì)材料——(Ⅰ)復(fù)合體系溶液中相互作用的研究進(jìn)展[J];高分子材料科學(xué)與工程;2008年07期

2 周劍平;上官勇剛;吳強(qiáng);鄭強(qiáng);;聚電解質(zhì)材料——(Ⅱ)工程應(yīng)用研究進(jìn)展[J];高分子材料科學(xué)與工程;2008年09期

3 于立娟;;聚電解質(zhì)研究進(jìn)展[J];上海塑料;2011年01期

4 劉小馳;秦麗;田雨川;余玄機(jī);李莉;郭旭虹;;納米球形聚電解質(zhì)刷的合成及應(yīng)用進(jìn)展[J];功能高分子學(xué)報;2013年03期

5 陸明剛,王信予,李玉蘭;螯聚電解質(zhì)凝集劑的初步研究——絲綢印染污水處理[J];環(huán)境科學(xué);1980年03期

6 陳竹生,毛曉光,何元康,王超英,陳立泉;聚電解質(zhì)電性能的研究[J];高等學(xué)校化學(xué)學(xué)報;1985年05期

7 蔣家乾;聚電解質(zhì)的絮凝作用和使用特性研究[J];水處理技術(shù);1990年03期

8 曾?,陳觀文;聚電解質(zhì)復(fù)合物[J];高分子通報;1997年01期

9 羅嗥,鄭曉亮,曹維孝;聚電解質(zhì)復(fù)合物在表面活性劑水溶液中的溶解機(jī)理[J];高等學(xué)�；瘜W(xué)學(xué)報;2000年02期

10 任碧野,高峰,童真;聚電解質(zhì)-表面活性劑固態(tài)復(fù)合物[J];高分子材料科學(xué)與工程;2000年05期

相關(guān)博士學(xué)位論文 前10條

1 王翔;納米球形聚電解質(zhì)刷的制備、表征與應(yīng)用[D];華東理工大學(xué);2011年

2 王偉華;納米球形聚電解質(zhì)刷的合成、應(yīng)用及小角X射線散射表征[D];華東理工大學(xué);2015年

3 吳強(qiáng);相反電荷表面活性劑—聚電解質(zhì)復(fù)合溶液流變行為與動力學(xué)模型的研究[D];浙江大學(xué);2009年

4 陳鳳貴;拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)聚電解質(zhì)的合成及性質(zhì)研究[D];中國科學(xué)技術(shù)大學(xué);2012年

5 曹倩倩;聚電解質(zhì)的構(gòu)象行為及復(fù)雜流動研究[D];吉林大學(xué);2011年

6 王蕾;聚電解質(zhì)在均勻帶電平面上吸附的密度泛函研究[D];中國科學(xué)技術(shù)大學(xué);2011年

7 張鵬;聚電解質(zhì)溶液性質(zhì)、層層自組裝膜的構(gòu)筑及滲透汽化性能研究[D];浙江大學(xué);2008年

8 范宏亮;熒光共軛聚電解質(zhì)的制備及其在生化傳感領(lǐng)域的應(yīng)用[D];浙江大學(xué);2011年

9 劉振海;聚電解質(zhì)和帶相反電荷表面活性劑體系的分子動力學(xué)研究[D];華東理工大學(xué);2014年

10 吳博;鏈剛性對聚電解質(zhì)多層膜性質(zhì)的影響[D];中國科學(xué)技術(shù)大學(xué);2014年

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前10條

1 初方方;球形聚電解質(zhì)刷間相互作用和微觀結(jié)構(gòu)的研究[D];華東理工大學(xué);2011年

2 倪冉;聚電解質(zhì)—膠體溶液的分子模擬研究[D];北京化工大學(xué);2008年

3 段超;環(huán)形聚電解質(zhì)在稀溶液中性質(zhì)的分子模擬研究[D];寧波大學(xué);2015年

4 李葉;TiO_2/聚電解質(zhì)雜化納濾膜的制備及其分離性能的研究[D];北京工業(yè)大學(xué);2015年

5 張傳起;含磷光銥配合物的水溶性共軛聚電解質(zhì)的設(shè)計、合成與應(yīng)用研究[D];南京郵電大學(xué);2015年

6 耿瑋;聚電解質(zhì)復(fù)合物層狀組裝膜的構(gòu)筑[D];吉林大學(xué);2009年

7 王玉娥;聚電解質(zhì)層層組裝過程的新監(jiān)測方法研究[D];山東師范大學(xué);2009年

8 胡義鈺;聚電解質(zhì)—膠體溶液的分子模擬研究[D];北京化工大學(xué);2009年

9 徐昆倫;手性聚電解質(zhì)逐層組裝多層膜[D];河南工業(yè)大學(xué);2010年

10 朱雁;磁性球形聚電解質(zhì)刷的合成與表征[D];華東理工大學(xué);2011年

本文編號：2866863