介孔有机氧化硅纳米材料的设计合成及其在生物医药中的应用研究

Mesoporous organosilica nanomaterial has developed fast as a new kind of multifunctional nano-biomedical material. In this proposal, we will combine the latest development of mesoporous material and nanomaterial to design novel stable mesoporous organosilica nanomaterial with adjustable pore size and special morphology such as yolk-shell, janus structure and so on via a simple and effective self-assemble method. Diverse organosilica sources with different organic groups will be adapted and cationic surfactants will be mainly used in the synthetic system. A controllable synthetic system will be developed to solve the problems in the experiment and synthesis mechanism will be discussed systematically to interpret the reaction process without the restriction of traditional liquid-crystal templating mechanism or cooperative formation mechanism. Based on its well penetration of cell, improved biocompatibility and high surface area, we will further investigate the applications of mesoporous organosilica nanomaterial in biomedicine field.

近年来介孔有机氧化硅纳米材料做为一种新型的多功能介孔纳米生物医学材料迅猛发展。本课题将结合国际上介孔材料和无机纳米材料发展的最新动态，以功能为导向，通过简单、有效的自组装合成方法，以阳离子表面活性剂为主，使用具有不同结构和大小的有机基团的硅烷前驱物设计合成具有不同孔径和纳米形貌的介孔有机氧化硅纳米材料，解决有机氧化硅物种水解速度与自组装过程的不同步、反应体系难以均相化、粒子的尺寸与形状的有效控制等实验难题，探索反应机理及规律，突破传统的液晶模板机理或者协同自组装机理对反应现象解释的局限性。基于介孔有机氧化硅纳米材料所具备的良好的细胞穿透性，低的细胞毒性和高效负载等优越的性质，关注结构与性能的相互关系，进一步探索介孔有机氧化硅纳米材料在生物医药方面的应用。

介孔材料的制备及应用一直是材料科学研究的热点，介孔有机氧化硅纳米材料因其骨架结构中高负载率、高度有序的有机基团分布，表面性质多样化，自出现以来一直受到科学家们的广泛关注。本项目以新型介孔有机氧化硅纳米材料及相关介孔材料的合成与性质研究为目标，利用不同的合成策略开展了系统的合成工作。取得的主要研究成果如下：（1）成功制备了双介孔有机氧化硅纳米粒子，其在客体担载的应用中表现出了较高的担载量和较缓慢的释放速度；（2）采用不同的方法合成了一系列新型多级孔有机聚合物，探究了其生成机理，它们在无溶剂氧化苯甲醇的反应中展现出了优良的活性和较高的选择性；（3）合成了一系列超高比表面积的介孔金属氧化物材料，它们展现出优异的电解水产氧、光催化裂解水性能；（4）利用配位诱导自组装的合成策略合成了一系列金属-介孔碳复合物材料以及介孔碳材料，该策略具有广泛的适应性，这些材料在电催化氧还原反应中具有潜在的应用价值。总之，经过四年的运行该项目取得一系列的研究成果，发表与本项目相关的SCI论文15篇。项目执行期间，培养博士研究生2人，硕士研究生1人。