可生物降解电纺丝超细纤维

电纺丝技术是一种用来制备超细纤维的方法，成本低廉、简单易行。近十年来，电纺丝技术在理论研究和实验参数研究等方面都取得了不小的进展。由电纺丝技术制备的超细纤维直径至少比传统的纺丝工艺低1-3个数量级，因此，在增强复合材料、过滤系统、防护衣、光学和电学器件及生物医药等方面都显示出巨大的应用潜力。尤其是在生物医药领域，电纺丝超细纤维可广泛用作组织工程支架、药物传输与控制释放的载体及创伤敷料等，这也是国际上的一个研究热点。但由于电纺丝过程的复杂性和实验参数的多样性，制备直径分布范围窄的纤维一直是电纺丝的难点之一，另外，以电纺丝超细纤维作为药物传输与释放的载体也是近两年才刚刚发展起来的，还不十分成熟，经常会存在药物的突释现象。针对以上问题，本论文以可生物降解高分子材料PLA、PLGA（80／20）和PCL进行电纺丝，系统地研究了溶剂体系、表面活性剂、鲜溶液流速、喷丝口直径及环境温度与空气流动速度等因素对电纺丝过程及纤维形貌和直径分布的影响，同时对电纺丝纤维的性质进行了分析。在此基础上，我们研究了PLLA和PCL电纺丝超细纤綷的酶降解行为，并实现了PLLA纤维对抗癌药紫杉醇和1. 以氯仿、氯仿/丙酮、1、2-二氯乙烷及氯仿/1,2-氯乙烷为溶剂体系，制备了PLA、PCL和PLGA（80／20）的电纺丝超细纤维。当氯仿与丙酮的体积比为1：1时为最佳溶剂体系，电纺丝过程和纤维形貌都得到较大的改善。阳离子表面活性剂节基三乙基氯化按（TBBAC）和阴离子表面活性剂十二烷基硫酸钠（SDS）的加入也可以显著改善电纺丝过程和纤维的直径分布，而非离子表面活性剂脂肪醇聚氧乙烯醚（AEO10）的改善程度较小。压力较大或喷丝口直径较粗时，则会由于溶液流量的增大而造成纤维的粘连。空气流速较大时，则纤维会由于空气的对流速度加快而发生缠绕和卷曲。2．PLLA、PCL和PLGA（80／20）超细纤维毡的孔隙率都较大，分别达到89％、68％和80％，因此，PLLA和PCL纤维的力学性能都远远低于膜。3．电纺丝过程会使纤维中的高分子链产生一定的排列和高度的取向，但由于纤维的固化速度很快，高分子链来不及进行规整排列而形成结晶，因此，DSC和WXAD的结果都显示，PCL纤维毡的结晶度要比相应的膜低。对于PLLA纤维毡来说，由于Tg在室温以上，在进行DSC测试的升温过程中，会由于分子链的运动而使结晶度升高。4．蛋白酶K在Tris-HCL缓冲液中略显正电性，因而阴离子表面活性剂对蛋白酶K会有一定的吸附作用，而阳离子表面活性剂对蛋白酶K在纤维表面的吸附则有一定的阻碍作用，因此，含有5wt％SDS的PLLA纤维的酶降解速率比含有swt％TEBAC的PLLA纤维稍快。虽然纤维中PLLA的分子链可能高度取向，但在整个降解过程中，PLLA纤维样品都处在非晶状态，没有明显的结晶行为。5．与PLLA纤维的降解情况恰好相反，由于脂肪酶PS在磷酸盐缓冲液（PBS）缓冲液中显示较强的负电性，因而阳离子表面活性剂TEBAC会对脂肪酶PS有吸附作用，从而含有5wt％TEBAC的PCL纤维降解速度较快，而阴离子表面活性剂SDS会对脂肪酶PS在纤维表面的吸附有阻碍作用，因此，降解反应在含有5wt％SDS的PCL纤维中几乎不能发生。DSC和WAXD的结果均显示，在降解过程中，含有5wt％TEBAC的PCL纤维的结晶度明显升高。这有两个可能原因：一是脂肪酶PS对PCL纤维的降解是优先发生在无定形区：二是因为降解实验是在37℃的条件下进行的，该温度在PCL的Tg之上和TC温度附近，因而，具有高度排列和取向的PCL纤维就会由于分子链的运动而产生结晶，造成结晶度的提局。6，在电纺丝溶液中加入利福平、紫杉醇和阿霉素等药物，同样会改善电纺丝过程，使纤维直径降低，分布变窄。7．SEM照片和药物控制释放实验均显示，药物模型利福平或抗癌药紫杉醇完全被包埋在PLLA纤维内部，同时，利福平一PLLA纤维和紫杉醇－PLLA纤维在含蛋白酶K的Tris-HCl缓冲液中的释放遵循零级动力学，完全没有突释现象。PLLA纤维的降解速度是药物释放的主导因素。这是在国际范围内首次取得这样的结果，从而使电纺丝超细纤维药物剂型的发展取得了本质上的进步。8．药物在溶剂体系中的溶解性及与高分子材料的相容性是影响药物能否被纤维成功包埋的直接因素，一般脂溶性药物易于被脂溶性的高分子纤维包埋。因此，水溶性的盐酸阿霉素难于被包埋在脂溶性的PLLA纤维内部，在纤维外面和表面存在大量盐酸阿霉素的颗粒。相应地，其药物释放行为存在明显的突释现象，这主要是由纤维外面和表面的盐酸阿霉素的溶解、扩散造成的。而经去盐酸化的阿霉素的脂溶性较好，因此，在PLLA纤维中的包埋及释放行为均得到明显的改善，可实现阿霉素的恒速释放，无突释行为。9．SEM照片显示，药物模型利福平被完全包埋在PLGA（80／20）纤维内部，利福平-PLGA（80／20）纤维在PBS中的释放速率是随着纤维中利福平含量的增加而增加的，利福平的含量越大，其释放速率越快。在释放前期，利福平的扩散起主导作用，而在释放后期，其释放行为则是利福平扩散和PLGA（80／20）降解的双重作用结果。适当增加利福平在纤维中的含量（30wt％），则可以获得恒速的释放行为。10．PBS中TEBAC或SDS浓度的增加会在一定程度上使利福平-PLGA（80／20）纤维的释放速率加快，这主要是由于表面活性剂会降低PBS的表面张力，增加水对PLGA（80／20）纤维的浸润能力，从而加快了利福平的扩散速度。

微纳米级液/液界面间离子转移反应的研究

液／液界面通常被看作是人工膜和生物膜的简单模型，液界面电分析化学的主要研究对象是界面上的电荷（电子和离子）转移反应以及伴随发生的相关化学反应。本论文简要回顾了液/液界面电分析化学的发展历程，介绍了液/液界面上电分析化学的基本理论。目前，应用扫描电化学显微镜结合微、纳米电极技术研究液/液界面上的电荷转移反应是电分析化学领域的研究热点之一。本文在本实验室以往研究工作的基础上，将扫描电化学显微镜、微、纳米管技术和各种电化学方法相结合，一方面进一步深入研究了在可极化液/液界面上、高驱动力作用下的加速离子转移反应的动力学，另一方面探讨了支持电解质浓度对简单及加速离子在低离子强度溶液相间的转移反应的影响。主要结果如下：1．通过选择适当的研究模型（二苯基18冠6加速Na+、Li+在水1/2-二氯乙烷界面上的转移反应）、实验条件及将三电极系统、纳米管与扫描电化学显微镜相结合，进一步研究了加速离子转移反应的驱动力与异相反应速率常数之间的关系。由实验得到，加速离子转移反应的速率常数匆与反应驱动力直接相关。在低驱动力区，Inkf与驱动力的关系遵循经典的Butier～Voh“方程；高马时力区，反应的动力学逐渐进入Marcus翻转区，即反应的速率常数随驱动力的增加而减小，此与Marcus 理论相一致。本实验是第一次在加速离子转移反应中观察到Marcus翻转现象。2．应用循环伏安法、方波法、计时安培法和微/纳米管技术研究了加速钾离子从水相向高阻抗有泪毛相转移的反应。同时系统讨论了低浓度电解质对水相及有机相TMA~+简单离子转移反应的影响。实验中绷门发现纳米管可被用子有机相无外加支持电解质的加速离子转移反应的研究。而在含少量或不含电解质的两相间的TMA+离子转移反应中，可以清楚的观察到迁移在TMA+转移过程中所起的作用。另外也较详细讨论了简单离子在界面转移的机理。

二维纳米粒子阵列的制备及其拉曼光谱研究

随着纳米科学的迅速发展，金属纳米粒子以其独特的性能己被广泛应用于各学科的研究，由此发展起来的纳米物理、纳米化学、纳米材料和纳米电子学等新兴领域已经成为十分活跃的前沿研究方向。在纳米粒子的许多应用中，如：作为电子和光学器件中的结构组分，表面增强光谱中的基底，生物和化学传感器，都需要把纳米粒子固定在一个基底上构筑成一维，二维或三维有序的结构。本论文通过合成不同性质的金、银纳米粒子，采用自组装技术，在金属，玻璃和导电玻璃的表面成功构筑了有序的纳米结构，并研究由此带来的一系列新颖的光学性质及其作为新型的增强基底在表面增强拉曼光谱中的应用。本论文主要研究内容和结论如下：1、通过合成粒度分布均匀，性能稳定的金属银溶胶，利用自组装技术在玻璃表面成功构筑银纳米粒子的二维亚单层结构，利用UV一visible技术，发现在组装结构中银纳米粒子之间的相互作用对偶极子表面等离子体共振有较大的影响，这也可能意味着相邻银粒子间电磁场的增强与银粒子的偶极子模式间的偶合密切相关。2、利用自组装方法，分别在工T0电极和光滑银基底表面构筑了银纳米粒子有序结构，通过与分子吸附在粗糙银电极表面得到的增强拉曼光谱比较，在有序银纳米粒子组装体中藕联分子的拉曼散射得到很大增强，其特征谱峰的峰位置和强度都有变化。组装体中祸联分子对琉基苯胺（PATP）拉曼散射的增强归因于银粒子和银表面之间的电磁祸合，并且电磁场主要集中在银粒子和银基底表面之间的这一区域，即银粒子的局域等离子体（LSP）与银基底的表面等离子激元（SPP）的祸合作用。3、合成具有不同化学性质的银纳米粒子，利用对琉基苯胺作为祸联分子在光滑银基底表面构筑了Ag/PATP／Ag银纳米粒子二维组装阵列。利用表面增强拉曼光谱技术发现银溶胶中不同性质的银纳米粒子，即银溶胶纳米粒子表面吸附的阴离子对藕联分子与银基底之间的电荷传递有着重要的影响。4、利用表面增强拉曼光谱技术，发现苯功能衍生物：苯硫酚，对琉基苯胺和对苯硫酚在粗糙银电极上有着不同的吸附取向：苯硫酚是直立吸附，对琉基苯胺则是垂直吸附在银表面，而对苯硫酚采取平躺的吸附构像。5、利用电化学沉积法，在对琉基苯胺修饰的光滑的银电极表面构筑了银纳米粒子的有序二维结构，通过与利用自组装方法构筑的银粒子阵列中祸联分子表面增强拉曼光谱的研究比较，发现银离子在吸附层修饰的银电极表面进行电化学沉积可能采取两种机理：在双电层附近，溶液中的阴离子参予了整个过程，银粒子与基底之间存在静电吸引作用；银离子直接在吸附分子的氨基表面还原并成键，然后进一步的生长。6、利用电化学沉积法，在金纳米粒子表面沉积了一层汞，SEM，UV－vis及电化学实验证明在具有修饰层的导电玻璃（PVP一ITO）电极上成功合成了汞包金纳米粒子阵列，将汞电极表面的研究拓展到了分子水平。利用金纳米粒子产生的增强电磁场可以研究吸附在汞包金纳米粒子上的分子的表面增强拉曼光谱，简单分子对琉基苯胺在金纳米粒子阵列及汞包金纳米粒子阵列上采取同样的吸附方式，而复杂分子结晶紫在汞包金纳米粒子上采取一种接近平躺的方式吸附，而在金纳米粒子表面则是倾斜吸附的方式。进一步将汞包金纳米粒子阵列电极应用到分子的现场谱学中，从而为更好的理解汞电极上的电化学过程打下了基础。

纳米复合聚合物电解质的电化学研究

聚合物电解质在制备高能密度全固态铿电池、光电化学器件、气体传感器和电化学半导体等器件显示了重要的应用前景，成为近期的研究热点之一。然而，人们目前对聚合物电解质中离子传输、导电机理及电极界面动力学等问题的了解有限，这严重阻碍高性能聚合物电解质的研究和开发。本论文研究工作主要集中在纳米复合聚合物电解质中离子传输和导电机理的研究，内容和创新点表现在以下几个方面：1、设计制备了形状可控的纳米级金微带电极和铂、碳纤维微盘阵列电极。操作相对简单，在普通实验室中就可以制备，电极通过研磨就可以重复多次使用。2、选择四种不同分子量的PEG作为聚合物本体，杂多酸纳米粒子作为添加剂，和铿盐组成了有机一无机纳米复合聚合物电解质。用微盘电极的计时电流方法求出了杂多酸纳米粒子在聚合物电解质中的扩散系数，利用DSC技术和FT-IR光谱解释了离子之间相互作用的机理和电导率提高的原因。3、合成出不同侧链长的梳状丙烯酸铿／甲基丙烯酸聚乙二醇单甲醚醋聚合物电解质。用DSC，TGA和交流阻抗研究了纳米SiO2掺杂的梳状聚合物电解质的电化学和热力学性质。给出了铿离子在纳米复合聚合物电解质中随纳米SiO2含量变化的传输模型。黑抉巍一淤呱4、将聚环氧乙烷，盐和多壁碳纳米管掺杂在一起，制备出一种离子一电子混合导电的聚合物电解质纳米杂化薄膜。用贫流阻抗和DSC技术表征了杂化薄膜的导电性质和热力学行为，给出了体系的等效电路，解释了电导率增加的原因。5、将多壁碳纳米管和碳微珠分别和室温离子液体混合制备了两种无机／有机的纳米复合材料：多壁碳纳米管／离子液体和碳微珠／离子液体。利用交流阻抗技术研究了无机／有机的纳米复合材料的导电机理。用这两种复合材料制备的酶电极可以获得酶的直接电化学，且能够催化O2和H2O2的还原。

过渡金属烯烃聚合催化剂的研究

本论文合成、表征了一系列以铁、钻、镍、铬为中心离子的非茂过渡金属配合物，研究了这些配合物催化烯烃聚合的反应行为。主要工作和结论如下：1，合成、表征了一系列苯环邻、对位含取代基的毗咤双亚胺铁、钻乙烯聚合催化剂。在改性甲基铝氧烷（MMAO）的活化下，这些配合物可高效催化乙烯聚合。在优化条件下，研究了邻、对位取代基电子效应对催化活性的影响。对于铁催化剂来说，不仅邻位取代基体积的大小对乙烯的插入及所得聚合物的分子量有微调作用，对位取代基的电子效应也对催化活性和聚合物分子量影响也很大。2．我们在单核毗咤双亚胺铁催化剂的基础上，设计合成了环状三核铁催化剂。这种环状三核铁催化剂的活性中心位于环状结构的内部。在有机铝的活化下，可高效催化乙烯聚合。新的催化剂展示出更长的催化剂寿命，与单核铁催化剂相比，性能上得到非常大的改善，不但能防止催化剂分子间的失活，还可有效抑制链转移反应的发生。3．在MMAO的活化下，吡啶双亚胺铁可催化（甲基）丙烯酸酷的聚合。催化MMA的聚合时，得到低分子量、窄分布的间规PMMA；催化BMA的聚合时，活性很高，得到无规、低分子量的PBMA；催化丙烯酸酷聚合时，不仅活性高，而且易得到高分子量的聚合物。催化活性、聚合物产率、立构规整度、分子量及分子量分布都会受到反应参数、催化剂结构及助催化剂的性质的影响。4．合成、表征了一系列带有不同取代基的份二亚胺镍催化剂。在MMAO的活化下，这些镍配合物可以高效催化乙烯聚合。不仅邻位取代基体积的大小对乙烯的插入及所得聚合物的分子量有微调作用，对位取代基的电子效应也对催化活性、聚合物分子量及其支化度也有很大的影响。5．合成、表征了一系列新型二苯硫醚双亚胺铬催化剂。在MMAO的活化下，这些铬配合物可常温催化乙烯聚合，生成具有宽分布的聚乙烯。配体结构以及聚合条件对催化剂的活性及所得聚合物的性质有很大影响。

新型单茂钛苯乙烯间规聚合催化剂的研究

本论文合成、表征了一系列改性单茂钦配合物，研究了这些配合物催化苯乙烯间规聚合反应行为。主要工作和结论如下：1．合成、表征了一系列双酚（胺）氧基五甲基单茂钦氯化物。在改性甲基铝氧烷（MMAO）的活化下，这些配合物可高效地催化苯乙烯间规聚合，在较高的聚合温度时（70-90℃），催化活性接近或超过五甲基氯化单茂钦的活性，在较低的铝钦比时（500／1），催化活性远远高于五甲基氯化单茂钦的活性。2．合成、表征了一系列新型单乙醇苯胺五甲基单茂钦氯化物。在MMAO的活化下，这类配合物是苯乙烯间规聚合的高效催化剂，催化活性高于母体配合物五甲基单茂钦氯化物，在较高的聚合温度和较低的铝钦比时，体现出优异的催化性能。这类配合物的催化活性随着配体的空间位阻的增大而逐渐升高。3．合成、表征了一系列新型双乙醇苯胺五甲基单茂钦氯化物。在MMAO的活化下，可以高效催化苯乙烯间规聚合，催化活性高于母体配合物五甲基单茂钦和相应的单乙醇苯胺配合物，尤其在较高的聚合温度和较低的铝钦比时，更加体现出优于母体配合物的催化性能。这类配合物的催化活性随着配体的空间位阻的增大而逐渐升高。4．合成、表征了一系列新型含曼尼希碱类配体的五甲基单茂钦氯化物。在MMAO的活化下，可高效催化苯乙烯间规聚合，催化活性远远高于母体配合物五甲基单茂钦氯化物，尤其在较高的聚合温度和较低的铝钦比时，更加体现出优于母体配合物的催化性能。这类配合物的催化活性随着配体的空间位阻的增大而逐渐升高。5．合成、表征了一种新型的多核单茂钦配合物。在MMAO的活化下，这类钦配合物可催化苯乙烯间规聚合，在优化条件下，催化活性可以达到五甲基氯化单茂钦活性的三倍，尤其在较高的聚合温度和较低的铝钦比时，更加体现出优于母体配合物的催化性能。随着中心金属原子个数的增多，催化所需的MMAO的用量逐渐减少。

溶胶-凝胶法制备导电聚苯胺杂化材料

针对有机一无机杂化材料制备过程中致命的体积收缩问题，本论文相继选用一系列具有亲水性官能团的聚倍半硅氧化物类前驱体为基体，采用溶胶一凝胶方法，以区域限制方式把水溶性导电聚苯胺固定在三维无机网络内，获得了耐水型自支撑杂化导电膜，该自支撑膜呈现出一定的机械强度与耐磨性。同时，为了进一步增加有机、无机组分之间的作用力，获取分子级别杂化材料，本文尝试了在导电聚苯胺与无机网络之间引入共价键、离子键等较强相互作用，得到了一些有意义的结果，具体如下：（1）亲水性的倍半硅氧烷前驱体、桥联倍半硅氧烷前驱体均能与水溶性导电聚苯胺形成平整的自支撑膜，该导电膜呈现出较好的耐”水性。（2）通过一步掺杂法制备的化学键接型水溶性导电聚苯胺／无机杂化膜除显示出良好的耐水性外，其热稳定性也得到了提高，从而为耐热型导电杂化膜的开发提供了思路。（3）有机一无机组分间通过离子键接引入静电相互作用亦是提高体系相容性，获取耐水型自支撑杂化膜的另一有效的方法。但由于导电膜中含有大量的离子键，与上述两体系相比，机械强度显得稍脆。（4）带有长链状亲水基团的掺杂剂酸性磷酸酷具有很强的自组装能力，不仅能在杂化体系中指导聚苯胺纳米管的构筑，而且能通过聚合单体法直接生成大批量聚苯胺纳米管材料。

苯乙炔类分子导线的合成、组装及电子传输性能

分子导线作为未来分子电子器件的重要组成部分，其合成，组装及电子传输性能研究是当今化学、物理、生物和微电子工程等领域里一个非常热门的研究课题。本论文在齐聚苯乙炔及齐聚苯乙炔一唾吩乙炔分子导线的合成、组装及电子传输性能研究方面进行了一些工作，主要成果有以下几个方面：一、官能化短链分子导线的合成与表征比较系统地合成不同端基，不同分子长度和不同主链结构的乙酞琉基官能化的齐聚苯乙炔类分子导线，以便比较系统地研究各种因素对这类分子导线的自组装及电子传输性能的影响。对所有合成的官能化分子导线进行了红外光谱、核磁共振氢谱和质谱表征以确定其结构。二、长链分子导线的合成与表征用溶液和固定相快速合成方法合成了一系列苯乙炔齐聚物及苯乙炔一（蜜份乙炔交替共聚齐聚物：1）采用简便的路线，用溶液和固定相方法快速合成出十二烷氧基取代的苯乙炔齐聚物，最一长达到了八聚体。（2）采用一条最简便的路线，用固定相方法快速合成了异丙基取代的苯乙炔齐聚物，最长达到了八聚体。（3）用溶液和固定相方法首次合成了苯乙炔一唾吩乙炔交替共聚齐聚物。（4）用一种新颖的“现场去保护／偶联”二倍速方案快速合成出十二烷氧基取代的苯乙炔齐聚物，最长达到了八聚体。该方案最大的优点在于无需分离出对空气敏感的芳香端炔化合物，从而简化了实验操作以及提高了产物的纯度。对所有合成的齐聚物进行了红外光谱、核磁共振氢谱、核磁共振碳谱和激光质谱表征以确定其结构。三、官能化分子导线的组装及电子传输性能研究（l）用STM和CP-AFM研究了合成的官能化分子导线在金基底的自组装行为，发现形成的自组装单层缺陷很少，而且自组装单层非常均一。（2）用电化学和导电原子力显微镜技术研究了上述官能化齐聚苯乙炔分子导线的电子传输性能，发现界面接触和分子长度对分子导线的电子传导能力有很大的影响，而链结构的影响则相对要小些。此外，我们还发现齐聚苯乙炔体系的电子传输衰减系数β值仅为0.19A-1，说明它是一类性能优异的分子导线侯选物。（3）通过量子化学计算，我们对实验结果进行了初步解释。

无机刚性粒子增韧聚乙烯、聚丙烯的结构与性能研究

众所周知，聚乙烯、聚丙烯因其良好的加工性能及价格相对低廉而得到了广泛应用，但刚性和韧性的不足限制了它们在工程领域的应用。因此，提高聚乙烯、聚丙烯的刚性和韧性就成为高分子科学界和工程界一重要研究课题。本论文尝试用玻璃珠增韧聚云烯、聚丙烯，并系统研究体系的结构和性能，得到的主要结果有：1．成功实现了玻璃珠对高密度聚乙烯的增韧。在刚性、热稳定性显著提高的同时，玻璃珠增韧的高密度聚乙烯仍保持着很高的低温缺口冲击强度（-10℃，玻璃珠含量48wt％时，冲击强度为16KJ/m2）。2．得到了玻璃珠增韧高密度聚乙烯在脆韧转变点临界粒子间距（IDc）与温度的关系。这是第一条无机刚性粒子增韧热塑性聚合物体系的工Dc与温度的关系曲线。结果表明与弹性体增韧热塑性聚合物体系类似，工Dc随温度的升高而非线性增大。3．虽然没能在低温和常温下实现玻璃珠对聚丙烯的增韧，但是在较高的温度下仍发现了玻璃珠对聚丙烯有明显的增韧效果，且体系的脆韧转变温度随玻璃珠含量的增加而降低。4．用偏光显微镜（PLM）成功跟踪了所用聚丙烯p晶转变为仪晶的全过程。结果表明β晶能重结晶成以晶，重结晶生成的以晶熔点要比最初生成的a晶高五度左右。5．当聚丙烯存在两种晶型（a和β）时，实验发现聚丙烯／玻璃珠共混体系出现模量随玻璃珠含量增加先下降后上升的反常现象。进一步研究结果揭示该反常现象是玻璃珠填充和提高β晶形成能力二者竞争的结果6. 实验发现聚丙烯的β晶含量与添加玻璃珠的尺寸、含量及热处理温度有关。同样玻璃珠含量下粒子尺寸小有利于β晶的生成；对一定组成的共混物，存在一个最佳β晶形成温度。

模拟生物膜的电化学研究

介绍了生物膜的组成、结构和一些基本性质，详细描述了各种生物膜模型（支撑磷脂双层膜、非支撑磷脂双层膜、泡囊等等）的制备方法。概要地总结了模拟生物膜的各个领域的研究情况，着重评述了模拟生物膜在电化学、生物传感器、膜片钳、图案化领域的研究进展。采用电化学、各种谱学以及扫描探针显微镜等方法对支撑双层磷脂膜、磷脂浇铸膜等不同的模拟生物膜体系进行了研究。同时还应用分子生物学的方法进行了基因的克隆及其融合蛋白的表达和纯化；另外对生物分子相互结合的动力学问题做了有意义的探索。主要结果如下：1两性霉素在支撑双层磷脂膜上的离子通道行为两性霉素是一种治疗系统性真菌感染的有效药物。通过在电极表面构筑双层磷脂膜作为两性霉素的人工靶向性，用通道离子作为探针分子，检测在两性霉素存在下通道的关闭与打开，建立了两性霉素与支撑双层磷脂膜的相互作用模型。2基于磷脂膜包被的活性肤一微过氧化物酶11的过氧化氢生物传感器首次将活性肤一微过氧化物酶11包被于磷脂膜内制成过氧化氢生物传感器。这一方法使过氧化氢的检侧限大大降低，同时也提高了检测灵敏度。磷脂膜为生物活性分子提供了一个天然的生物相容性的环境，为生物活性分子的有效固定和行使功能提供了良好的场所。3树枝状大分子诱导支撑双层磷脂膜表面的缺陷形成用电化学的方法研究了一系列的不同大小的树枝状大分子与支撑双层磷脂膜的相互作用。研究发现只有较大的分子才能在磷脂膜表面产生缺陷，而且这种诱导产生缺陷的能力还依赖于枝状大分子的结构和表面的电荷密度。4乳链菌肤与支撑双层磷脂膜的相互作用乳链菌肤是一种带正电荷的抗菌肤，它作用于带相反电荷的革兰氏阳性菌的细胞膜表面。通过在电极表面构筑双层磷脂膜来模拟细胞膜表面，使这一复杂的相互作用变得易于用电化学的手段来研究。实验结果表明，乳链菌肤在膜表面形成孔洞是其在膜表面的富集过程，随着乳链菌肤在膜中的浓度的增加，其协同性导致膜表面的孔洞增大，从而最终导致膜的完全被破坏。5电化学结合光谱的方法研究微过氧化物酶11与磷脂膜的相互作用用电化学和光谱的方法研究微过氧化物酶11与阳离子泡囊的相互作用。阳离子泡囊的引入使微过氧化物酶11由在溶液中的无规卷曲向有序的alpha-螺旋转变。这种构型的转变大部分是依靠于短肤分子与膜表面的静电相互作用。6用分子探针指示脂质体诱导的DNA的构型转变用甲基绿分子作为探针分子来检钡（脂质体诱导的DNA分子构型的转变。通过引入探针分子，检测到脂质体诱导DNA分子构型由B到C构型转变。探针分子的引入使DNA分子与脂质体这一复杂的相互作用变得简化。7果蝇热休克蛋白22基因的克隆及其融和蛋白的表达、纯化用PCR方法以果蝇的cDNA为模板扩增出热休克蛋白22基因（hsp22）片段，将其插入原核载体pUCm一T中在大肠杆菌中扩增，再将基因切下插入到原核表达载体pET（28a夕中在大肠杆菌中表达出hsp22:6*His融合蛋白，融合蛋白大小约23KDa，可以用Ni2＋-NTA亲合层析纯化。该蛋白可用来获得hsp22蛋白特异性抗体，从而为检测其在体内的表达以及研究hsp22的功能奠定基础。通过一系列的分子生物学技术获得了融合蛋白，为下一步进行定点突变认为设计所需要的蛋白质序列奠定了基础，为蛋白质折叠和分子识别提供了上游的研究对象和体系。8整体联系的生物分子结合的动力学研究我们讨论了在全局联系的情况下讨论了生物分子表面结合的动力学。对于配体和受体之间相对快速的与没有活化的过程的结合的动力学，具有很好的近似性。当动力学上的驱动力很大的时候，全局联系的观点具有很恰当的适应性。结合的动力学时间常数与温度之间呈“U”字型曲线。在高温的时候时间常数增加是由于在高温下结合变得非常不稳定；而在低温的时候，时间常数随着温度的下降而增加，这是由于陷入了局域的最小值状态。结合的能量地形面的波动也导致动力学随温度的变化而变化。

金纳米粒子的合成、组装及应用研究

本文尝试发展各种方法来合成金属纳米粒子，特别是金纳米粒子，成功地获得了不同粒径大小及形状的金纳米粒子，并且通过层层组装方法在各种基底上形成稳定的金纳米粒子多层膜。在此基础上，利用金属纳米粒子作为纳米填充物，制备出一系列的金属粒子纳米复合物。 1．发展了一种简单合成金属纳米粒子的绿色合成方法，利用自然界广泛存在的聚多糖（壳聚糖和肝素）同时作为还原剂和稳定剂，通过一步法成功地合成出壳聚糖稳定的金纳米粒子和肝素稳定的银纳米粒子。研究表明，调节聚多糖和金属盐的浓度，可以控制金、银纳米粒子的粒径大小和形貌。2．发展了一种简捷、实验条件温和的制备余纳米粒子的方法。利用3一噬吩乙酸（TA）同时作为还原剂和稳定剂，通过一步法制备出稳定的金纳米粒子。金纳米粒子的粒径大小及形状，可以通过调节TA的浓度或TA与金盐的比例来控制。利用现场光谱和透射电镜技术对TA还原氯金酸制备金纳米粒子这一反应过程进行实时监控，观测金纳米粒子的形成和生长过程。3．利用壳聚糖分子与金纳米粒子之间的静电作用力，成功地在各种修饰基底（包括石英玻璃片、玻璃碳和镀金膜）上组装了稳定的金纳米粒子多层膜。利用这种方法制备的金纳米粒子多层膜，具有一定的金属导电性。4利用硼氢化钠在壳聚糖溶液中原位还原金属盐，制备出一系列稳定的金属（包括金、银、铂和把）一壳聚糖纳米复合物。通过对这四种不同金属一壳聚糖纳米复合物性质的对比研究，结果表明，生成的银纳米粒子粒径最大，且银一壳聚糖纳米复合物薄膜形成一种片状结构，其他的三种纳米复合物薄膜则形成枝状结构，并且这种枝状结构与金属粒子的种类有关。

纳米结构的构建与表征

在纳米尺寸上按照人们意愿排列物质分子、原子以及进行材料和分子的剪裁具有重 要的研究意义。本论文利用扫描探针加工技术构建种类、形状、尺寸等可控的纳米结构，并且结合表面增强拉曼光谱，对其进行了表征。同时，发展了一种合成可控形貌半导纳米结构的溶液方法，观察了在溶剂挥发作用下纳米粒子在固一液界面的白组装，这种白组装现象有望实现自然自聚集纳米器件的合成。并且制备了一种高效拉曼活性基底，稳定性和重复性好。1．探针针尖性能对扫描探针刻蚀（SPL）的影响采用四种不同类型的针尖：标准Si3N4针尖、敲击模式刻蚀Si针尖、俄罗斯针尖（末覆涂层的Si针尖）、导电针尖进行扫描探针刻蚀实验。发现针尖性能是刻蚀过程中一个重要的因素。具有较小弹性常数的针尖不易在基底进行图案刻划和粒子的操纵。并且，给出了才目应的机理。2．利用“纳米笔”加工技术（DPN）直接构建纳米结构 罗丹明6G（R6G）是一种重要的激光染料和生物染料。利用“纳米笔”加工技术在新解 离的云母表面获得了R6G分子排列。R6G分子通过静电作用结合在云母表面，并且形 成稳定的R6G纳米结构。通过控制针尖不同的运动方向，在云母上构建了不同形状的R6G纳米结构。同时讨论了针尖运行速度和接触时间对DPN的影响。结合表面增强拉曼散射效应，对这些构建的纳米结构进行了定性验证。聚-L-赖氨酸是一种常用的表面修饰试剂，它可以增强生物分子或细胞与表面间的吸附力。利用OPN技术成功的在云母表面获得了聚-L-赖氨酸纳米结构。通过控制针尖不同的运动方向，在表面构建了不同形状包括方块、线条、点、十字花等纳米图案。这种局 部或特定区域的修饰表面在生物化学传感器或微、纳米排列的实现上具有重要的潜在应用价值。牛血．清白蛋白和小牛胸腺组蛋白都是非常重要的蛋白质分子。利用DPN技术将这些蛋自质分子成功的沉积在云母表面。同时考察了针尖一基底接触时间及针尖运行速度对OPN 的影响。这种蛋白质纳米结构的构建为生物纳米器件的最终实现提供了一条简单而有效的途径。3．ZnO纳米结构可控合成及其在固一液界面的自组装使用一种简单而温和的方法直接在溶液中合成了不同ZnO纳米结构。通过调节水一甲醇比率，分别获得zno纳米线、纳米棒和纳米粒子。获得的这些ZnO纳米结构用AFM、XPS及荧光光谱加以表征。讨论了水一甲醇比率对合成ZnO纳米结构不同形貌的影响，给出了可能的机理。溶剂挥发作用卜，zno纳米粒子在云母和玻璃表面进行白组装。不同条件卜，获得不同形状的自组装排列图案。结合现有理论，给出了合理解释。这种方法可以引导纳米粒子的排列，有望实现白然自聚集纳米器件的合成。4．表面增强拉曼活性基底制备和表征使用CTAB，利用一种简单的方法制备了SERS活性基底，并且呈现很好的拉曼响应。对于R6G的检测浓度可以达到1*10-14M，且稳定性和重复性好。结合重定位技术，获得了银纳米晶、簇和膜的AFM图像，而且获得了单分子R6G在同一聚集位置上的SERS光谱。讨论了增强因子的影响因素，并且给出了合理的机理。

固定化吡淀钌的电化学发光研究及其应用

本研究工作基于发展新型固定化毗陡钉的方法和材料，并可应用于实际样品的高灵敏度测定，在以下几方面进行了研究。 1．将毗咤钉用层层自组装方法固定在纳米SiO2／Ru（bpy）32＋｝n多层膜中，发展了一种灵敏、稳定的电化学发光传感器。研究了毗睫钉在多层膜中的电化学及电化学发光行为，并对多层膜进行了表征。此多层膜修饰电极用于电化学发光法测定三丙胺和草酸时具有很高的灵敏度。多层膜至少一个月保持较好的稳定性。2．通过交替吸附带正电荷的毗陡钉和带负电荷的粘土，组装了稳定的clay/Ru（bpy）32＋n多层膜，实现了毗睫钉在电极表面的固定化。研究了此修饰电极的电化学及电化学发光行为。毗咤钉在膜中保持其高的电化学和电化学发光活性。此多层膜修饰电极用于电化学发光法测定三丙胺和草酸。这种新的固定化方法具有稳定性好、重现性好及灵敏度高等优点。3．吡啶钌以离子交换方式固定在碳纳米管／Nafion复合物膜中。和纯Nafion 膜相比，碳纳米管的加入使毗咙钉的氧化还原电流大大增加，同时电化学发光信号也很强。Nofion在复合物中充当成膜剂、离子交换剂及碳纳米管的溶剂，而碳纳米管的加入大大改善了Nafion膜的性锹袱纳米管／Nofion复合物膜修饰电极用于电化学发光法测定三蔑胺时，具有赢的灵敏度。碳纳米管／Nafion复合物膜修饰电极也具有高的稳定性。4．基于多巴胺和肾上腺素对吡啶钌一三丙胺电化学发光体系的抑制作用、碳纳米管的优良胜能及Nafion膜的阳离子交换能力及选择渗透性，建立了一种在碳纳米管／Nafion-吡啶钌复合物膜修饰电极上、抗坏血酸存在条件下，电化学发光抑制法测定多巴胺和肾上腺素的新方法。结果表明这种方法测定多巴胺和肾上腺素具有高的灵敏度和好的选择性。 5．基于四环素类抗生素对碱性光泽精水溶液电化学氧化产生微弱的电化学发光有强的增敏作用，建立了一种新的光泽精电化学发光模式，并用于灵敏、选择的测定四环素、金霉素、土霉素和强力霉素。传统光泽精电化学发光体系中存在的电极污染问题可以用电化学方法很方便的解决。

三叶因子在结直肠癌组织中的表达与临床关系及三叶因子-2在大肠杆菌中的重组表达和活性研究

癌症是世界发达国家和许多发展中国家人口的疾病主要死亡原因之一，其中，每年结直肠癌的新增病例和死亡病例排在癌症的第三位。在我国，北京、上海等地的统计资料显示，结直肠癌的发病上升很快 ，已排在癌症的第二位。结直肠癌的发生发展过程涉及一系列细胞和分子事件的改变，包括基因结构的异常和基因表达谱的异常。三叶因子（trefoil factor, TFF）是在上世纪80年代末到90初初由不同研究小组先后发现的含特殊的三叶因子结构域的蛋白多肽，其结构域的特征是含38-40个氨基酸残基的肽段中，有6保守的个半胱氨酸残基以1—5、2—4、3—6的方式形成二硫键，从而形成紧密的三叶结构域。在哺乳动物体内目前发现的三叶因子有三种，由粘膜组织内不同细胞合成并分泌到粘膜表面，对粘膜起保护作用。在粘膜损伤时，可通过多种途径促进上皮细胞迁移和抑制细胞凋亡，并促进血管形成，参与粘膜损伤的修复和重建。三叶因子在肿瘤组织中表达，则可能对癌症的发展起促进作用。研究资料显示，三叶因子在肿瘤中的表达异常与多种肿瘤的发生和发展过程有关。我们通过DNA测序检测结直肠癌组织中TFF1和TFF3基因各外显子的核苷酸序列，以确定是否存在基因突变。并用QRT-PCR和免疫组织化学的方法检测结直肠癌组织中TFF1和TFF3的mRNA和蛋白质的表达水平，分析其表达与结直肠癌的临床和病理特征之间的关系。同时，用ELISA方法检测结直肠癌患者血清中TFF1和TFF3的含量，以分析其与临床的关系，并逐步研究这两种三叶因子有否可能作为结直肠癌有用的血清分子标记。 目前得到以下研究结果：①在TFF1基因5`-端非翻译区位于起始密码上游—2bp处有一高频率的（C→T）突变位点,频率为40%，在其他非编码区也发现若干个较低频率的突变位点。未发现TFF3的基因突变；②TFF1和TFF3的mRNA水平在不同患者结直肠癌组织中的表达水平差异很大。与临床病理关系由于样品例数较少，未作统计学出理。结直肠癌组织中TFF1和TFF3蛋白表达检出阳性率分别为90%和94%。TFF1的表达与结直肠癌临床及病理类型未发现统计学意义，TFF3的表达上调与肿瘤淋巴结转移有关；③结直肠癌患者血清中TFF1的含量为（78.6575±53.300ng/ml），比健康人群血清TFF1含量（19.6457±5.3880ng/ml），增高约4倍，这一结果属首次报道。结直肠癌患者血清中TFF3的含量为（27.96±21.985ng/ml），比正常人群血清TFF3含量（9.0875±2.0315ng/ml）增高约3 1 倍。TFF1和TFF3能否作为结直肠癌的血清分子标志，尚需完善相关资料和作进一步研究。 TFF1和TFF3分别含一个三叶结构域，在靠近C-末端有一个游离的半胱氨酸巯基，TFF1和TFF3通过此二硫键形成同源二聚体，是其活性的主要形式。TFF2含两个三叶结构域，在三叶结构域外其靠近N-端和C-端各有一个半胱氨酸，两者以二硫键相连，形成紧密的结构。我们用pET系统克隆和表达人TFF2(hTFF2)，以及TFF2三叶结构域外二硫键解开的突变型TFF2(MhTFF2)，并测定细胞迁移活性。结果获得高效表达的hTFF2和MhTFF2，占细胞质总蛋白量的40%以上，经亲和层析后得到样品纯度在95%以上。对HCT116细胞株的划痕试验表明，hTFF2和MhTFF2对HCT116细胞具有迁移作用，细胞迁移数约为对照BSA的1.5倍。 结论:①结直肠癌组织中三叶因子-1和三叶因子-3基因突变不是三叶因子表达异常的主要原因；②TFF1和TFF3的转录水平在不同结直肠癌组织中有很多差异，TFF3蛋白的高表达与结直肠癌淋巴转移有关；③血清中TFF1和TFF3的含量检测可能会成为结直肠癌有用的血清分子标志；④pET质粒系统可高效表达可溶性三叶因子-2，并可表达获得有细胞迁移活性的重组融合蛋白TFF2；⑤TFF2的三叶结构域外的二硫键对TFF2的细胞迁移活性不是必须的。

TRIM5-CypA融合基因与北平顶猴易感HIV-1的机制研究

天然免疫分子TRIM5α（tripartite motif protein 5α）是近年来发现的一种重要的宿主细胞内逆转录病毒限制因子。在灵长类动物细胞中，TRIM5α蛋白可以在病毒进入细胞后、逆转录前的阶段抑制HIV-1、N-MLV和EIAV等逆转录病毒的复制。由于TRIM5α分子的作用，绝大部分旧大陆猴（Old World monkey）都不能感染HIV-1。而在新大陆猴（New World monkey）中，鹰猴是唯一不感染HIV-1的灵长类动物。研究证明，鹰猴细胞中存在的TRIM5-CypA融合蛋白（owl monkey TRIM5-CypA，omTRIMCyp）介导了抗HIV-1的作用，从而使鹰猴不能感染HIV-1。研究证明，平顶猴是旧大陆猴中唯一报道可以感染HIV-1的灵长类动物，但是其感染HIV-1的机制并不清楚。根据现行的灵长类动物分类学，原属平顶猴群体（M. nemestrina group）的三个亚种分为猕猴属的三个不同种：巽他平顶猴（Sunda pig-tailed macaque，M. nemestrina），北平顶猴（Northern pig-tailed macaque，M. leonina）和明打威猴（Mentawai macaque，M. pagensis）。本论文对中国云南境内北平顶猴TRIM5基因座和感染HIV-1的相关性进行了研究。通过PCR和测序对北平顶猴基因组TRIM5基因座进行分析，发现一个CypA假基因的cDNA通过逆转座机制插入至TRIM5基因座的3’-UTR区域，形成了一个不同于鹰猴TRIM5-CypA的新型融合基因npmTRIMCyp（northern pig-tailed macaque TRIM5-CypA）。通过RT-PCR对npmTRIMCyp融合基因的转录本进行分析，我们鉴定出npmTRIMCyp共有3种不同的选择性剪接产物，分别为npmTRIMCypV1-V3。进一步克隆和测序这3种不同选择性剪接体，通过丰度和序列分析证实：npmTRIMCypV2是优势剪接体，可能在该融合基因产物的功能中发挥作用。研究发现北平顶猴npmTRIMCyp融合基因主要转录本中外显子7和8均被剪切掉。外显子7剪接丢失机制源于TRIM5第6内含子内 3’剪接位点的G/T突变。我们克隆了npmTRIMCyp融合基因cDNA的蛋白编码区ORF，并构建了重组表达npmTRIMCyp的载体，转染HeLa和HeLa-T4细胞并获得稳定表达的细胞株。通过感染HIV-1证实，npmTRIMCyp融合蛋白不能够限制HIV-1的感染和复制，这可能是北平顶猴作为旧大陆猴中唯一对HIV-1易感的灵长类动物的重要分子机制之一。通过HIV-1感染灵长类动物PBMCs实验证实，北平顶猴可以感染HIV-1。npmTRIMCyp可以有效地限制HIV-2ROD的复制，但对SIVmac239只有十分微弱的限制活性。通过构建鹰猴omTRIMCyp和北平顶猴npmTRIMCyp的置换剪接体（SWAP-1和SWAP-2），转染融合基因及其置换剪接体的CRFK细胞激光共聚焦实验证明，npmTRIMCyp、SWAP1和SWAP2在细胞内主要存在于胞浆中。稳定表达融合蛋白和置换剪接体的CRFK细胞感染HIV-1-GFP-VSVG分析表明，含omTRIMCyp外显子7的SWAP-1和SWAP-2均具有限制HIV-1活性，但SWAP-1的活性更强一些，这表明TRIM5结构域的外显子7可能在介导对HIV-1的限制活性中发挥了协同辅助作用。免疫共沉淀研究表明，npmTRIMCyp不能识别和结合HIV-1的衣壳蛋白。对北平顶猴中介导识别逆转录病毒区域的基因组部分进行了测序，共鉴定出46个多态性位点，表明在北平顶猴识别逆转录病毒衣壳区域存在较高的多态性。