課題組主要致力于功能高分子合成、納米材料功能化改性及應(yīng)用研究，包括：雙親性功能高分子合成及其載藥研究；碳納米管和石墨烯的功能化改性及其在生物醫(yī)藥和鋰離子電池領(lǐng)域的應(yīng)用研究；納米微球的合成、功能化改性及其在生物醫(yī)藥領(lǐng)域的應(yīng)用研究。課題組先后承擔(dān)了包括國家863項(xiàng)目、國家自然科學(xué)基金、上海市科委項(xiàng)目、軍工項(xiàng)目和企業(yè)產(chǎn)學(xué)研項(xiàng)目在內(nèi)的科研項(xiàng)目20余項(xiàng)。發(fā)表包括Chem. Commun.、J. Phys. Chem. C、Macromolecules、J. Polym. Sci. Pol. Chem.、Polymer在內(nèi)的SCI論文40余篇。獲得國家授權(quán)發(fā)明專利9項(xiàng)。
一、功能高分子合成及應(yīng)用研究
具有特定結(jié)構(gòu)的功能高分子在功能材料和藥物傳輸系統(tǒng)具有廣泛的應(yīng)用空間，課題組致力于制備具有規(guī)整結(jié)構(gòu)的功能高分子，并研究其在藥物傳輸方面的應(yīng)用。例如：制備了側(cè)鏈為生物相容性的PEG，主鏈每個(gè)單元都含有羧基的接枝共聚物（圖1,2），進(jìn)而合成了負(fù)載藥物的二硫鍵Linker，將二者相聯(lián)得到負(fù)載藥物的功能高分子，該體系可以實(shí)現(xiàn)在血液循環(huán)中不釋放藥物，進(jìn)入腫瘤細(xì)胞后才在谷胱甘肽（腫瘤細(xì)胞中谷胱甘肽的濃度比正常細(xì)胞高1000倍以上）的作用下釋放出藥物的特點(diǎn)，有利于提高藥效，降低藥物的毒副作用。
圖1
圖2
圖3
圖4
二、碳納米管和石墨烯材料的功能化改性及應(yīng)用研究
碳納米管和石墨烯材料具有超大比表面積、優(yōu)異的力學(xué)性能和富電子結(jié)構(gòu)等出眾的物理化學(xué)性能，在納米材料、生物醫(yī)藥載體、鋰離子電池導(dǎo)電劑等方面具有誘人的應(yīng)用前景。我們課題組在此方面的研究主要包括以下方面：
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碳納米管/石墨烯的功能化改性：包括親水性、親油性碳納米管/石墨烯的制備和磁、pH、溫度響應(yīng)性碳納米管/石墨烯的制備。通過這些功能化改性反應(yīng)，可以顯著改善碳納米管/石墨烯材料在水或有機(jī)溶劑中的分散性和與其他材料的相容性，同時(shí)也可以賦予碳納米管新的特性（磁、pH和溫度響應(yīng)性等），擴(kuò)大了碳納米管/石墨烯的應(yīng)用范圍。例如：通過乳化劑十二烷基苯磺酸鈉（SDBS）輔助下的自由基反應(yīng)，我們可以得到聚丙烯酸（PAA）改性的碳納米管，進(jìn)而通過水相化學(xué)共沉淀方法可以得到磁性四氧化三鐵納米粒子修飾的碳納米管（圖5,6）；通過Ce離子引發(fā)的氧化還原聚合反應(yīng)，我們可以得到具有pH和溫度響應(yīng)性的聚丙烯酸和聚異丙基丙烯酰胺（PNIPAM）改性的氧化石墨烯（圖7,8）。
圖5
圖6
圖7
圖8
碳納米管/石墨烯材料在生物醫(yī)藥領(lǐng)域的應(yīng)用研究：將上述制備的功能化碳納米管/石墨烯作為藥物載體，利用碳納米管/石墨烯的富電子可高效負(fù)載抗腫瘤藥物和納米尺度效應(yīng)可以構(gòu)建靶向藥物傳輸系統(tǒng)，將藥物高效傳輸至指定病灶部位(圖9）。
圖9
碳納米管/石墨烯材料在鋰離子電池領(lǐng)域的應(yīng)用研究：碳納米管/石墨烯材料的加入能夠有效改善鋰離子電池的大倍率充放電性能，這對(duì)于特種用途的鋰離子電池尤其是汽車用鋰離子動(dòng)力電池是十分關(guān)鍵的。而這其中的關(guān)鍵在于：保持完整的離域π電子結(jié)構(gòu)以保證其優(yōu)異的導(dǎo)電性能；降低金屬催化劑的含量以保證電池的安全性能；充分分散以保證其應(yīng)用效率。課題組已在這些方面取得了一定的進(jìn)展：在不破壞其電性能的同時(shí)，可以簡便高效除去碳納米管中殘留的金屬催化劑（圖10）；在不破壞其電性能的同時(shí)，可以有效改善其分散性（圖11）。
圖10
圖11
三、納米微球的合成、功能化改性及應(yīng)用研究
隨著納米生物技術(shù)的發(fā)展，多功能智能型納米微球正在越來越受到人們的重視。特別是在癌細(xì)胞治療領(lǐng)域，多功能納米微球作為一種藥物載體可以應(yīng)用到靶向載藥領(lǐng)域，并且具有誘人的發(fā)展前景。例如：我們通過sol-gel方法可以制備具有規(guī)整結(jié)構(gòu)的二氧化硅包磁納米粒子，并且可以控制粒子的形貌和二氧化硅層的厚度（圖12,13）；通過簡單的酰胺化反應(yīng)可以制備聚丙烯酸改性的介孔二氧化硅微球，該微球可以高效負(fù)載抗腫瘤藥物阿霉素，且釋藥行為具有pH響應(yīng)性（圖14,15）。
圖12
圖13
圖14
圖15
四、功能涂層開發(fā)及應(yīng)用研究
主要致力于特種耐腐蝕、耐高溫、高潤滑、高導(dǎo)電性涂層的開發(fā)與應(yīng)用研究。