纳米科学:空气、水界面的智能纳米凝胶:中子反射率的结构研究!

来源:上海新型纳米材料研究公司 发布时间:2019-01-11 点击次数:

2019年1月5日13:43
    
     凝胶是许多日常用品中的材料,如洗发水、防晒剂和食品明胶,它们是由大量液体,通常是水,被限制在聚合物链或胶体颗粒的柔性网络中形成的混合物。在各种不同性质和应用的凝胶中,纳米材料是亚微米大小的交叉。-连接的聚合物颗粒,可在其网络结构中携带或结合大分子。这一特性,连同其柔软特性和引入刺激反应特性的能力,意味着它们有许多吸引人的应用,尤其包括药物输送。
    
     基于NIPAM(N-异丙基丙烯酰胺)的纳米凝胶被认为是智能或可转换的材料,因为它们在接近生理温度的临界温度下经历相变,正常体温为37摄氏度。这意味着它们有潜力成为智能药物输送载体,其中释放活性药物。药剂或药物可以由温度变化触发。这可以通过简单的接触来使用,例如,在经皮给药系统中,通过我们的皮肤。基于聚合物的系统的开发需要更好地理解这些纳米材料的复杂动态结构,目前缺乏关于如何这些材料实际上在界面上起作用。
    
     中子是研究纳米材料微观结构的理想工具,它有助于理解如何控制其性能,特别是中子反射计是表面和界面研究的首选技术,因此选择了非均匀反射菲加罗作为主要实验平台进行研究。qmul-ill团队使用不同比例的MBA(N,N'-亚甲基双丙烯酰胺)合成的NiPAM基纳米材料作为10-30%范围内的交联剂,并在人体生理温度下对其进行了表征,目前还没有对这些体系的分子长度尺度进行详细的结构研究。
    
     在这项工作中,在空气/水界面观察到纳米材料的大的构象变化,发现了三层模型来描述表面上的这些系统;第一层紧密堆积的沉降层与空气接触;第二层溶解的聚合物层和第三层扩散的聚合物链延伸到体积溶液中。他还为纳米材料结构的变化提供了第一个实验证据。作为气/水界面交联度的函数,随着交联剂加入纳米材料的百分比的增加,得到了更坚硬的基体,吸附纳米材料的数量增加,这些体系的非平衡性意味着不可能使用常规的表面张力。分析以估计界面的数量。相反,同位素对比度变化的中子反射测量为确定吸附能力提供了一种灵敏的方法。随着越来越多的材料到达界面,它还允许纳米材料的体积分数随时间的变化。该技术还强调结构变化,这对于关联这种材料的结构和功能很重要。由于中子相互作用与原子序数(即不同的同位素)的不规则差异,该技术允许各向同性替代突出结构的不同方面。测量和分析记录在不同的同位素比较导致复杂结构的分解。
    
     费加罗是一个低中子反射计。对自由液体表面的测量进行了优化,它是一种多功能仪器,自投入使用以来,在过去的六年中已经出版了70多篇同行评审的出版物,由于本研究中使用的材料是在界面上组装的,并且具有动态测量的高强度配置,并且具有很强的测量能力。o在解决漫反射界面结构所需的宽动态范围内记录数据。里查德·坎贝尔博士是伊利诺伊州费加罗仪器的第一位科学家,他说:表面张力测量对组装在空气表面的材料最敏感,而中子反转测量则最敏感。发射率的穿透力导致对更扩散的结构更敏感。动态的快速测量通过使用费加罗的优化高强度配置,可以更详细地测量纳米材料中存在的扩散结构。
    
     中子反射率和体积分数的曲线可以在图中看到。表面结构相对于深度有三个不同的区域。与空气接触的第一层很致密,体积分数约为60%,随后是两个逐渐扩散的层。有趣的是,第一层中的水含量AER随着MBA量的增加而增加,这可以归因于凝胶具有更高交联的构象改变(从而排斥来自聚合物网络的水)的能力下降。
    
     结构数据还表明,在吸附过程中,界面处纳米凝胶粒子的构象发生了广泛的重排,导致了结构变形。随着交联剂含量的增加,变形程度降低,虽然先前已经假设了NiPAM基微凝胶的体积和液/液界面的构象差异,但本研究为支持这一证据提供了第一个实验证据。QMUL生物与化学科学院的Ali Zarbakhsh说:所提供的数据为凝胶颗粒在界面上的行为提供了重要的缺失信息。我们相信它们可能导致新材料的合理和智能设计。我们的研究,结合未来相关系统的其他研究的见解,可以用于M是一个有希望的平台,与现有的替代方案相比,该平台在药物管理方面具有更持久和用户友好的方法。
    
    


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