非平面基底上磁性纳米薄膜的组装及其应用

本项目拟通过在微米尺度的非平面基底上制备聚电解质和磁性纳米粒子的薄膜，研究其在外加磁场中的运动情况，从而明确在溶液中单个磁性纳米粒子的搬运能力；结合光化学刻蚀，制备微米级的硅纳米列阵，并在其表面组装磁性纳米薄膜，并以此组装体为单元，研究磁性纳米粒子的聚集体对细胞的可控搬运和对鼠牙结构的仿生制备。这些方面的研究不仅可以将高分子化学与物理、超分子科学和纳米技术相结合，为发展表面分子工程学提供新思路和新材料；而且有望实现多层次、多组分功能体的构筑。

本项目针对介观尺度构筑基元的制备及其组装和应用展开研究，在磁响应性构筑基元的制备，构筑基元的可控运动，多层膜的稳定化应用等方面取得了一系列成果。在构筑基元的制备方面，我们通过交替层状自组装技术在微米尺度的玻璃纤维上制备了磁响应性薄膜，可以在外磁场作用下驱使玻璃纤维在水面进行可控运动和定位，从而获得了磁响应性构筑基元；结合光学刻蚀图案尺寸精确可控与无电电化学刻蚀深度可控的优点，我们实现了单晶硅基底上图案水平宽度和垂直深度均大于2微米硅列阵的制备，从而获得了硅纳米线构筑基元和大面积连续的微/纳米硅图案化模板。在构筑基元的可控运动方面，我们通过功能协同器件的设计，利用溶液pH值的调控体系与双氧水响应的铂催化体系的良好结合，最终可以实现多种智能材料的功能协同，实现了智能器件在垂直方向上的上浮与下潜、水平方向上的原位启动与停止；此外，我们利用表面张力梯度和pH值响应体系实现了智能器件的可控运动。在构筑基元的组装及其应用方面，我们结合外磁场操控玻璃纤维运动以及玻璃纤维表面与基底表面的配位超分子相互作用，实现了亚微米尺度三维复杂结构的构筑，并通过磁性表征和磁场力的计算得到单个磁性纳米粒子可以拖动比自身重70倍的物体，而所使用的玻璃纤维与基底之间的超分子相互作用力的数量级为10-5牛顿。交替层状自组装得到的聚电解质多层膜的稳定性对于其应用研究具有重要意义，我们通过后渗透双官能团小分子交联剂的光交联特性，实现了弱聚电解质在极端条件下的稳定。这些方面的研究不仅可以将高分子化学与物理、超分子科学和纳米技术相结合，为发展表面分子工程学提供新思路和新材料；而且有望实现多层次、多组分功能体的构筑。