二氧化钛多孔薄膜和多巴胺自组装体的制备及生物医学应用

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超分子自组装是介于化学、物理、生物、材料和纳米科学等研究领域之间的一个重要研究方向。超分子自组装相关的研究正向各个领域渗透，未来的发展潜力很大，特别是对于生物医学领域的研究具有十分重要的推动作用。以超分子自组装为技术手段，选择合适的构筑基元，构建新颖的纳米结构材料，并探索其在组织工程、药物输送和控制释放领域的潜在应用。 首先，以有机金属化合物钛酸四丁酯为构筑基元，利用呼吸图案法构建了有序的蜂窝状多孔TiO2薄膜。钛酸四丁酯发生快速水解和缩聚反应生成钛氧网络结构，在水滴和有机溶剂的界面处形成坚硬的抵抗层，有效地阻止了水滴之间的凝结，是蜂窝状多孔结构形成的关键因素。通过改变制备过程中钛酸四丁酯的浓度、溶剂的组成以及气速和湿度，可以调控多孔薄膜的形貌和孔径尺寸。NIH 3T3成纤维细胞在多孔薄膜表面具有较好的粘附、铺展和增殖行为，并且随着多孔薄膜孔径尺寸的减小，细胞的增殖呈现逐渐增加的趋势。该蜂窝状多孔TiO2薄膜具有较好的细胞相容性和生物活性，在钛种植体表面修饰领域具有一定的应用前景。 其次，通过多金属氧酸盐分子磷钨酸和生物分子多巴胺两组分在溶液中的共组装，制备了新颖的花状分级纳米结构。研究发现，二者共组装的主要驱动力是静电和氢键相互作用。改变两种构筑基元的比例、浓度以及缓冲溶液的pH值，可以制备得到不同形貌和尺寸的花状分级纳米结构。采用制备过程中实时取样并观察形貌变化的研究方法发现，该花状分级纳米结构的自组装过程符合“两阶段生长过程”。癌症化疗药物阿霉素的负载和释放实验表明，该花状分级纳米结构药物负载率较高，并具有pH响应性的药物释放行为，可以作为口服药物输送载体应用于某些肠癌的治疗。 最后，采用模板法，利用多巴胺在碱性条件下氧化自聚的反应，制备了聚多巴胺微胶囊。改变制备过程中的实验参数，如多巴胺的浓度和缓冲溶液的pH值，可以调控微胶囊的形貌和壁厚。该聚多巴胺微胶囊稳定性良好，利于长时间保存和运输。微胶囊表面富含酚羟基和氨基等活性基团，易于修饰荧光分子和药物分子，在药物控制释放领域具有潜在的应用。