介孔SiO_2接枝改性及应用研究进展_刘方方

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ol.43No.8V

·4·

化工新型材料第43卷第8期2015年8月

NEW CHEMICAL MATERIALS 

介孔SiO2接枝改性及应用研究进展

刘方方1 陈英杰1, 赵敏南1 曹 培1 周国伟1*

(山东省高校轻工精细化学品重点实验室,齐鲁工业大学化学与制药工程学院,济南21.50353;

)临沂市产品质量监督检验所,临沂22.76000

在药物输送、酶固定和催化等领域有广泛的应用。由于M使其应用受到限摘 要 介孔SiOSN)SN极易团聚,M2(

制。接枝改性能有效地改善这一缺点,接枝改性包括小分子改性和聚合物改性。主要介绍了原子转移自由基聚合方法(对MSN的接枝改性,TRP)TRP方法可以控制聚合物链的长度。详细介绍了接枝改性后的MSN在作为催化剂载AA体、作模板制备纳米粒子、药物控释和废水处理等方面应用的现状。

关键词 介孔S改性,聚合物接枝,iO2,

roressonraftinmodificationandalicationofmesooroussilicaP       ggpppg 

112111

LiuFanfanhenYiniehaoMinnanaoPeihouGuowei Z C      Z  gg Cgj

(,1.KeLaboratorofFineChemicalsinUniversitiesofShandonSchoolofChemistrand        yygy   

,,PharmaceuticalEnineerinQiluUniversitofTechnoloJinan250353;    ggygy 

,)2.LiniSuervisionandInsectionInstituteforProductQualitLini276000        yppyy

,,Abstractimmobilizationhostsforenzmescatalsisandalicationsindrudeliveresooroussilicahaswidel          Myyyppgpy  duetoitsareation.Themodificationofmesooroussoon.Thealicationsofmesooroussilicaarerestrictedlarel              gggppppgy 

,whichincludesmallmoleculeandolmermodification.Atomtransferradicalsilicacanimroveeffectiveltheshortcomin            gpypy ,(forthemodificationofmesooroussilicaandthelenthoftheraftinchainsolmerizationATRP)wasaneffectivewa             pgggpyy  

,,fieldssuchascatalsiscarrieriscontrollable.Thedevelomenttrendofthemodifiedmesooroussilicainmanrearation             ppyypp ,,ofnanoarticlesdrucontrolledreleaseandwasterwatertreatmentwasalsointroduced.        pg 

,,,Kwordseesooroussilicamodificationerraftinolm  mpggpyy 

992年,Krese等  自1g

[1]

首次运用自组装纳米结构技术制处理等领域中具有广泛的应用。

,备出孔道均匀、孔径可调的介孔S命名为MCM-iOSN)1M42(以来,热稳定性高、生物相容性SN因其表面积和孔体积大、M好等优点,引起了研究者的广泛关注。MSN应用领域广泛,

2]

。对其进行改性可以拓展例如催化、分离、润滑和传感器等[

1 接枝改性MSN

1.1 小分子改性MSN

[]

小分子改性MSN常用的改性剂为硅烷偶联剂。Xu等7

其应用领域。介孔材料的改性是将有机官能团或聚合物通过化学键引入介孔使无机纳米材料与有机化合物成功的结合在一起,所制备的复合材料兼具无机纳米材料和有机聚合物的优点。

[]

后SN接枝改性的方法有后接枝法和共缩聚合成法3:M

正硅酸乙酯为硅源,制备了有以P123形成的聚集体为模板,。并用氨丙基三乙氧基硅烷(序介孔S作改性BA5PTES)A1-剂对S并将改性后的材料用来固定酶。BA5进行改性,1-

[8]

和P用WanEG)123为模板制备了MSN,Pg等以聚乙二醇(

接枝法是将有机改性剂以共价键的形式键合在M共缩SN上;

聚合成法是将硅源和改性剂共同水解和缩聚,将改性剂基团嵌入到材料孔壁当中。后接枝法包括A氮氧稳定自由TRP、

4]5]

、、基聚合[可逆加成-裂解链转移聚合[表面引发自缩合原子6]

等多种方法。在M转移乙烯基聚合[SN接枝改性中常用的

然后将猪胰脂肪酶(固定在氨基PPL)APTES对其进行改性,

改性后的M并将其用于催化辛酸与辛醇的酯化反SN孔内,

[]应。Liu等9用TEOS和3-巯基丙基三甲氧基硅烷共缩聚制

备了硫醇功能化的MSN。

1.2 聚合物改性MSN

1.2.1 用ATRP方法改性MSN

ATRP方法是可控自由基聚合方法之一。与其他可控自由基聚合的方法相比,ATRP方法的优点是可以控制聚合物的链长,能够较好的控制聚合物的分子量及其分布。

[0]

用A1Cao等1RGET ATRP方法在SBA5孔内表面接-

AGATRP有电子转移生成催化剂原子转移自由基聚合(ET和电子转移再生催化剂原子转移自由基聚合(AATRP)RGET

。MATRP)SN的接枝改性包括小分子改性和聚合物改性。接枝改性后的M纳米材料制备、催化和废水SN在药物控释、

));;)基金项目:山东省自然科学基金(山东省科技发展计划(国家自然科学基金(R2011BQ009010GGX10306Z220976100,51372124,作者简介:女,硕士,刘方方(研究方向为高分子基复合材料。9871-)联系人:周国伟,教授,硕士生导师,主要研究高分子基复合材料。

第8期刘方方等:介孔SiO2接枝改性及应用研究进展·5·

枝了聚合物。在孔径22nm的SBA5孔内接枝聚甲基丙烯1-,酸甲酯(在孔径114nm的SBA5孔内接枝聚苯乙烯PMMA)-()。接枝聚合物的量达到3接枝层的厚度至少PSt6%时,

][1

在M利用Anm。Sun1TRP方法,SN上接枝了聚甲基丙烯2

。得到了对p酸二乙氨基乙酯(PDEAEMA)SNH-响应的以M

以聚合物为壳的纳米复合材料。先用A为核,PTES对MSN进行改性处理生成M然后用溴代异丁酰溴对MSN-NH2,SN-

,再以M加入单NH2继续改性生成MSN-BrSN-Br为引发剂,

[2]

/利用A体生成MSNPDEAEMA。Li等1TRP方法合成了/聚对苯乙烯磺酸,氯甲基)先用4苯基三甲氧基硅烷S1BA5--(

,用3再与双端羧基SHM-氨丙基三甲氧基硅烷对其进行改性,

/聚乙二醇聚合生成HMSPEG。

2 接枝改性MSN的应用

2.1 在药物控释中的应用

毒性小等优点应用在药物SN因其良好的生物相容性、M

输送方面。对其进行合适的表面改性,可以有效地控制药物

[5]的释放。X用Aiao等1TRP方法制备了一种对pH响应的

/物质HM用于抗癌药物阿霉素(SP(PDM-EGMA)OX)Db-P

的输送。由于癌细胞比正常细胞的酸性高,在中性条件下,外表面的聚合物链会因为疏水而缩在M这样抗癌药SN的表面,

物就会很好的保存在复合物内,这样就不会造成抗癌药物的流失。当遇到弱酸性的癌细胞时,聚合物的链端会发生反应生成亲水性的物质,聚合物链伸展开,抗癌药物释放出来(如),图2从而杀死癌细胞

)再用对苯乙烯磺酸钠(在S对SBABA5进行改性,S5孔S11--

[3]

/。M得到S利用A内聚合,BA5PSSoreno等1TRP方法分1-

别向S1BA5孔表面接枝MMA和甲基丙烯酸缩水甘油酯-

[4]

(的低聚物。S通过AGMA)ave等1TRP方法在MSU MSN上面接枝PSt和PMMA,孔体积从1.53cm/g变为

3/。而且随着聚合时间的增长,接枝的厚度变厚。0.053cmg

[5]

)纳米使用AXiao等1TRP方法在空心介孔SiOSHM2(

粒子表面接枝两亲性嵌段共聚物聚21,35-苯基--二恶烷--甲[6]

甲基醚甲基丙烯酸酯。K乙二醇)用基丙烯酸酯-ruk等1b-(

制备了STRP方法在SBA5上接枝了PDMAEMA,BAA1--

/115PDMAEMA复合材料。在SBA5上接枝PDMAEMA-

时,随着时间的延长,接枝的聚合物量越多,介孔几乎全部堵塞。

[7]

用AAudouin等1TRP法在MSN表面接枝了PMMA。

首先用MSN与(622-二甲基氯甲硅烷己基)--溴--甲基丙酸酯

反应生成A然后用C加TRP引发剂,uCl和CuCl2为催化剂,

[8]1

/用A入单体,制备了MSNPMMA。LaTRP方法在y等

并且将接枝后的HMS囊泡的表面接枝了PEG,S囊泡用HM

于运输抗癌药物紫杉醇。1年后此课题组又用ATRP方法向

[9]1

。HMHMS囊泡表面接枝聚甲基丙烯酸(S囊泡PMAA))接枝前后的T中可以清楚的看出EM如图1所示。从图1(b接枝的PMAA层,厚度大约为2接枝比较均匀

。0nm,

图2 空心介孔SiO2球接枝共聚物后在弱酸性条件下药物释放的机理

[4]2

/壳聚用原位聚合法制备了panH响应的MSNTg等

/用于抗癌药物D糖-聚甲基丙烯酸(MSNCSOX的输-PMAA)

/送,经细胞毒性测试发现MSNCS-PMAA适用于药物输送,

/激光扫描共聚焦显微镜观察发现MSNCS-PMAA能够进入

[5]

人的宫颈癌细胞内部,也表明它适用于药物输送。Hao等2

利用蒸馏沉淀聚合方法成功的合成了核为F外面用聚甲e3O4,基丙烯酸改性的M控释抗癌药物D体外实验表明,SN,OX的

[26]

以3很适合用于癌细胞的治疗。D效果很好,en-缩水甘g等油醚氧基丙基三甲氧基硅烷为交联剂,用CS修饰SiO2的表/。体内实验发现,这种物质可面,得到了pH响应的HMSCS

以将肿瘤坏死因子运输到乳房癌细胞内,并且可以高效杀死

7]2癌细胞。本课题组[曾用TEOS和APTES共缩聚合成法合

)图1 空心S和接枝PMMA后的aiO2囊泡(

)空心SiObTEM图2囊泡(

]2201-

本课题组[曾用ARGET ATRP和AGET ATRP方法

在S接枝聚合iOSt的均聚物及共聚物,2纳米球上接枝MMA、物的层厚可以调控。

1.2.2 其他方法接枝改性MSN

[2]

,以胶体碳球为模板制备了HM然后用Zhu等2S

然后以对苯二异硫氰PTES对其进行改性生成HMSA-NH2,

/酸酯为交联剂,加入聚乙二醇二胺,制备了HMSPEG。Yang23]

以磁性四氧化三铁和聚乙烯醇为模板合成S等[iO2纳米粒

。将其用于大黄素的控释,成氨基改性的S结果表明,BA51-负载量主要取决于孔径和表面积,改性后的S1BA5的释放速-率较低,持续时间较长。表明改性后的S1BA5可以很好的控-制大黄素的释放。

2.2 在纳米材料制备方面的应用

[8]

的有序用Aruk等2TRP方法以接枝聚丙烯腈(PAN)K

介孔S合成大孔径和大孔容11的SBA5和FDUiO--2作模板,

子,然后用盐酸刻蚀掉四氧化三铁,再在高温下煅烧就形成

·6·化工新型材料第43卷

氯二甲基硅烷基)丙基-的有序碳纳米棒。先用322-(-溴--甲基丙酸乙酯和三甲基氯硅烷对M经ASN进行改性,TRP方

然后将得到的产物碳化、分离,法接枝P得到了碳纳米棒。AN,

的环氧丙基与2羟丙基)2-AMP反应得到(--氨基甲基吡啶。)将得到的这种产物作为配体与钼(螯合,这种螯合物可作VI为1稳定性好,而且催化活性高,-辛烯环氧化反应的催化剂,可以重复利用。

2.3 在催化方面的应用

首先,SN在催化领域有两点优势:SN的化学和热稳MM

定性很好;其次,由于催化剂可以固定在孔内,可以保护催化

[9]剂,使催化剂可以重复利用。F用微波法将Mu等2n(-Ⅲ)

然后把树枝状alen复合物装载到氨基改性的MSN孔道内,S

2.4 在生物方面的应用

将其固定在固体酶在温和条件下催化效率和选择性高,

[1]

材料上,可以解决分离和重复利用效率低的问题。Liu等3

的聚酰胺酯接枝在M将此复合物用于催化反式二苯SN表面,

乙烯的环氧化,经研究发现,接枝后的样品催化效果更好,而

[0]且还可以增加循环使用的次数。M用Aoreno等3TRP方法

/再将这将PGMA接枝在SBA5内后得到SBA5PGMA,11--

/结果表明其催化效率、热将MSNPMMA用于脂肪酶的固定,

2]3

稳定性和重复利用率有所提高。本课题组[曾将PPL固定)在氨基改性的短棒状的M孔内,研究了固定化酶SN(SRSMS的催化活性。先用P123和PEG为混合模板用水热法制备了,然后用A并将PSRSMSPTES对其改性,PL分别固定在氨基

酶固定化机理如图3所示

。改性前和改性后的SRSMS孔内,

,回流2种复合材料与24hPGMA链上2-氨甲基吡啶(-AMP)

图3 PEG和P123为复合模板制备氨丙基SRSMS对PPL的固定化机理

2.5 在废水处理方面的应用

3]3

王燕萍[将超支化聚砜胺接枝到M研究了SN的表面,

并与活性炭的吸改性前后MSN对染料山德兰红的吸附作用,

():131043057.1-

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附进行了比较,结果发现超支化聚砜胺接枝后的MSN的最大

吸附量是活性炭的3超支化聚砜胺的接枝量、染.3~4.7倍,料溶液的piu等H值和温度对吸附量都有所影响。L

[4]3

制备

2+

。这种物质不仅了硫醇功能化的M用于检测和去除CSN,u2+

,还可用于吸附其他离子,可以吸附C而且还可以重复u

利用。

3 结论

对M还可以拓SN进行改性不仅可有效改善其团聚现象,展其应用领域。改性后的M细胞毒SN由于具有比表面积大、性小等优点而被广泛应用于药物控释、催化、生物方面、废水处理等领域。在药物控释方面,可以实现靶向给药,治疗效果得以提高;在生物方面用于酶的固定,改性后对酶的吸附性更高。对MSN进行改性大大的扩展了其工业应用前景。

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(下转第12页)

·12·化工新型材料第43卷

例如如何更好地控制超分子组装体的一系列的进一步研究,

形态及形成过程?能否探索制备该类载药体系的普适性条件从而为其工业化奠定基础?都是亟待解决的难题。

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