层层自组装
层层自组装
短短的十多来年，在基础研究方面层层自 组装得到了巨大的发展。层层自组装适用 的原料已由最初的经典聚电解质扩展到聚 电解质、聚合物刷、无机带电纳米粒子如 MMT，CNT、胶体等。层层自组装适用介 质由水扩展到有机溶剂以及离子液体。层 层自组装的驱动力有静电力扩展到氢键， 卤原子，配位键，甚至化学键。
聚 电 解 质 （ polyelectrolyte ， PEL ） 一 般 是指高分子链上含有很多可离解基团的物 质。当聚电解质溶于水等介电常数较大的 溶剂中时，会产生高分子离子和低分子离 子，这些低分子离子就是抗衡离子。通常 将聚电解质分为阳离子型聚电解质和阴离 子型聚电解质以及同时含有阴阳两种基团 的高分子，即两性聚电解质，如蛋白质和 核酸属于两性聚电解质。
层层自组装
目录
1
层层自组装简介
2 聚电解质层层自组装膜
3 聚电解质层层自组装胶囊
4
文献介绍
定义
层层自组装（layer-by-layer self-assembly， LBL）是上世纪90年代快速发展起来的一种 简易、多功能的表面修饰方法。层层自组装 是基于带相反电荷的聚电解质在液/固界面通 过静电作用交替沉积而形成多层膜。
其它作用
除了上述作用构筑多层膜外,其它的相互作用 如配位作用、卤键等也可用来作为成膜驱动 力。作用力不同，组装形成薄膜的形貌和结 构也有差异。上述所有这些作用力极大丰富 了层层自组装技术，也为功能性器件的构建 提供了更广泛的选择性。
基于阴阳离子聚电解质之间的静电作用 制备多层平板膜
层层自组装可以成功， 与以下两方面密不可分
（5）pH值
聚电解质自组装中溶液的pH值对所制得的膜 的分离性能有很大影响。近几年，越来越多 的弱聚电解质也开始用于层层自组装中，聚 电 解 质 溶 液 的 性 质 与 PH 值 息 息 相 关 。 因 为 pH值决定聚电解质的电离, 进而影响自组装 膜表面的电荷密度，一般溶液的pH值取阴、 阳两种离子电离常数的平均值。
层层自组装
囊的尺寸、厚度以及成分。
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催化方面的应用
Sasaki在PMMA球上实现料二氧化钛与Al13 Keggin 离子层层自组装制备无机层状薄膜， 随后加热除去
法。该方法操作简单、条件温和，特别适合制备具
有生物活力的薄膜。随着研究的不断深入，自组装 材料也逐渐从聚电解质扩展到生物大分子( 酶、DNA、 蛋白质等) 、无机纳米颗粒、染料等功能性物质。通 过层层自组装技术制备的生物大分子自组装膜，具
有结构高度有序、酶负载量可控等特性，在构筑生
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物传感器、生物芯片等领域具有重要意义。
后再将第二层带正(负)电荷的聚合物膜沉积在第一
层膜表面, 清洗干燥之后重复以上步骤, 直至得到 所需层数的多层膜。聚电解质分子链上的带电基团 之间相互吸引, 使层与层之间紧密吸附。
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层层自组装的制备
如下图所示, 聚磺化苯乙烯钠盐(PSS)分子链上含有 负电基团(-SO3-), 聚盐酸烯丙胺(PAH)分子链上含有
述操作步骤，即可制备理想层数CPAM/Laccase 多 35
催化方面的应用
CPAM/Laccase自组装膜的特点： (1)CPAM/Laccase自组装膜的活力随自组装层数的
增加呈线性增长，可通过控制自组装的层数实现可
控的酶负载量；
(2)漆酶在自组装膜中以颗粒状的形式均匀分布，自 组装膜的平均高度及均方根粗糙度随着自组装层数 的增大逐渐增大；
种分子水平级的多层双极化膜。
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层层自组装
（1）相反电荷之间的静电吸引力或其他官能 团之间的相互作用力。正是由于不同聚电解 质之间阴阳离子的相互吸引作用，才使得溶 液中的物质被成功吸附到超滤基膜上。另外， 不止静电力可作为成膜驱动力，其它作用力， 如氢键、配位作用、电荷转移等也可作为成 膜驱动力来制备多层膜。
（2）电荷过渡补偿。自组装成膜的关键原 因还在于电荷的过渡补偿，使得膜表面带 上与之前一层相反的电荷，保证下一层吸 附的顺利进行。而由于此时膜上的电荷与 溶液中聚电解质电荷直接的排斥作用又使 得此过程不会无限制进行下去。阴阳离子 之间较强的相互作用可以避免膜面上吸附 的聚电解质在溶液中不会发生解吸。
（5）pH值
聚电解质自组装中溶液的pH值对所制得的膜 的分离性能有很大影响。近几年，越来越多 的弱聚电解质也开始用于层层自组装中，聚 电解质溶液的性质与PH值息息相关。因为 pH值决定聚电解质的电离, 进而影响自组装 膜表面的电荷密度，一般溶液的pH值取阴、 阳两种离子电离常数的平均值。
通过 LbL 制备的聚电解质多层膜的特点： 1. 制备方法简单、绿色、
静电相互作用
静电相互作用是构筑功能复合薄膜中最常见 的驱动力，它是利用物质带有相反电荷从而 可以在基质上充分地被吸附，并且薄膜的成 份、结构及厚度在分子水平上可控。此外， 由于静电相互作用的非特异性，一些导电、 感光聚合物及生物功能大分子可以组装到薄 膜中，形成具有导电、光活性功能及生物功 能的复合薄膜。
无污染，膜的制备过程
如图所示。由于层层自
组装法的制备过程一般
是在水溶液中完成的，
所以避免了制备过程中
试剂对实验人员的伤害；
2. 取材广泛、灵活。多层膜的形成是因为 膜材料之间的作用力完成的，所以无论是 无机、有机、天然聚电解质、人工合成聚 电解质、蛋白质、脂质体只要两种或多种 膜材料之间有相互作用力，当条件允许时， 所有的这些材料就像组成了图书馆一样， 可以根据条件进行挑选。如有特别的需要 时还可添加一些具有特殊功能的物质；
层层自组装 PPT课件
催化方面的应用
纳米级或者微米级的胶囊状结构材料可以被应用在 药物、基因、染料等物质的包裹和释放方面，或使 用在催化和传感等领域， 因而此类材料的制备具有 较高的应用价值。此类材料的制备一般是在胶体颗 粒膜板上层层组装所需的物质，然后通过化学或者 加热处理，除去胶体颗粒模板而得到空胶囊，通过 对胶体颗粒和薄膜物质的选择，可以很好的控制胶 囊的尺寸、厚度以及成分。
Bruening等把聚电解质层层自组装PSS /PAH的纳 滤膜用于多种氨基酸分子的分离，有很好的分离效 果。
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分离方面的应用
纳滤膜不仅用于水中无机盐和有机分子的分离, 还能 应用于食品加工、石油工业、药物纯化和催化剂回 收等有机体系, 但现有的纳滤膜大都存在耐有机溶剂 性差、易溶胀和不耐高温等问题。聚电解质自组装 膜耐有机溶剂能力强, 适合于有机溶剂体系中物质的 分离。
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分离方面的应用
采用膜分离技术对海水及苦咸水进行淡化时,常用的 分离膜是反渗透膜。然而, 由于层层自组装纳滤膜具 有很高的荷电性, 能与离子之间形成强烈的静电排斥 作用, 能够同时去除水中一价离子和二价离子, 也能 应用于这一领域。
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分离方面的应用
层层自组装纳滤膜除了可对水中无机盐进行截留, 还 可对水中的有机物进行分离。Bruening 等制备的层 层自组装纳滤膜[PSS/PAH]45对染料、蔗糖等有机大 分子和无机盐小分子有很好的分离效果。
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层层自组装简介
层-层自组装(Layer by Layer Self Assembly, LbLSA)是利用逐层交替沉积的方法, 借助各层分子 间的弱相互作用(如静电引力、氢键、配位键等) , 使 层与层自发地缔和形成结构完整、性能稳定、具有 某种特定功能的分子聚集体或超分子结构的过程。
免费毕业论文--多壁碳纳米管在球形胶束上的层层自组装(一)
免费毕业论文--多壁碳纳米管在球形胶束上的层层自组装(一)多壁碳纳米管可在很多类型的胶束模板上自组装,运用众所周知的聚电解质层层自组装技术。
密集的单层和多层碳纳米管可成功地在不同尺寸的硅、聚苯乙烯和三聚氰胺的球状胶粒上沉积,同时,表明较短的碳纳米管可全部在球的表面缠绕,而较长的碳纳米管伸出球的表面,同时与很多球接触。
脱除胶束模板,可形成空心的碳纳米管球。
用盐酸处理三聚氰胺碳纳米管颗粒可证明这一点。
胶束模版的脱除可在有序排列的聚苯乙烯颗粒上进行,进而形成纳米结构、可导电的碳纳米管聚集体。
用超声波破坏积聚体表明自组装可以只发生在半个胶束球体上,因此比较容易得到带有不对称功能性的“两半”颗粒。
引言自从富勒烯和碳纳米管的发现以来,由于它们具有独特的由结构决定的电学性能和机械性能,碳结构已成为广泛研究的对象。
最近几年,科研工作者已花费很大的力量制备不同形貌的碳并开发它们在复合材料、电化学元件、场发射元件、纳米尺度的电子元件和感应器等诸多领域的应用。
但是,碳纳米管功能化的方法以及处理和自组装方法的限制成为追求这些潜在应用的重大障碍,也是由于这个原因,碳纳米管的自组装和有序排列有待新的发展。
特别是,高品质的、均一的薄膜的制备是在宏观范围内研究它们的光学,光电和电学性能的一个基本的先决条件。
有关碳纳米管薄片制备的报道很多：包括把碳纳米管分散液喷涂在基体上、拉伸聚合物薄片时加入碳纳米管、表面活性剂分散的碳纳米管或是化学处理的碳纳米管衍生物在水中的伸展以致单层沉积、光电沉积、Langmuir-Blodge沉积以及层层自组装。
由于层层自组装在包装、电子设备、传感器和药物缓释等方面具有巨大的潜在应用,所以备受关注。
聚合电解质是层层自组装第一个也是最多的研究例子。
但是,其他的带电化合物例如核酸、蛋白质、多化合价的金属离子、离子染体、纳米颗粒甚至病毒也可以形成层层自组装的结构。
用这种方法不但制备出薄膜而且制备出大小和成分搭配合理的核壳结构颗粒——用核做模版在其上多层组装,接着移除核可以得到聚合物、无机或者有机无机杂化的中空胶囊。
层层自组装技术制备功能性薄膜及其应用研究
层层自组装技术制备功能性薄膜及其应用研究近年来，层层自组装技术在制备功能性薄膜方面得到了广泛的应用和研究，成为了重要的研究领域之一。
层层自组装技术通过将离子、分子或聚合物层层沉积在基板上，形成不同的界面，进而制备出具有特定功能的薄膜。
本文将着重探讨层层自组装技术在功能性薄膜制备及其应用方面的研究现状和发展趋势。
一、层层自组装技术的基本原理层层自组装技术是指将带电离子、分子或聚合物层层沉积在基板上，通过静电相互作用和化学键作用形成多层薄膜的一种方法。
这种方法具有许多优点，如制备过程简单、适用性广、制备材料种类多样等，已成为功能性薄膜研究领域的热点之一。
层层自组装技术的基本流程包括以下几个步骤：①基板表面修饰；②离子吸附；③层间交联或化学键形成；④洗涤和干燥等。
层层自组装技术可根据不同的要求，调整各个步骤，制备出具有不同功能的薄膜。
二、层层自组装技术在抗腐蚀领域的应用研究层层自组装技术在抗腐蚀领域的应用研究是目前较为成熟的领域之一。
通过将含氮、含硫或其他活性基团的有机分子沉积在基板表面，形成一层保护薄膜。
这些有机分子能够与金属基体发生反应，形成较为稳定的化学键，从而保护金属基体免受腐蚀。
与传统的化学反应形成的薄膜相比，层层自组装形成的保护薄膜具有更高效、更均匀、更可控的优点。
研究表明，通过层层自组装技术制备的抗腐蚀薄膜，能够显著提高钢铁、铝合金等材料的耐腐蚀性能，极大地扩展了材料的使用寿命和应用范围。
三、层层自组装技术在光电领域的应用研究层层自组装技术在光电领域的应用研究近年来也取得了较为显著的进展。
通过多层沉积，形成具有特定光学和电学特性的微纳结构薄膜。
这些薄膜可广泛应用于光电器件制备和传感器技术等领域。
例如，通过层层自组装技术，制备出具有不同通量和选择性的多孔膜。
这些多孔膜可应用于纳滤和气体分离等领域。
此外，层层自组装技术还可用于制备柔性电子器件等。
近期研究表明，通过层层自组装技术制备出的柔性透明电极，具有优良的导电性能和较高的光透过率，具有广泛的应用前景。
层层自组装技术的研究进展及应用情况
二、层层自组装技术
层层自组装技术是一种制备智能表面材料的有效方法。该技术利用分子间的非 共价键相互作用，如静电引力、氢键等，将具有特定功能的单层材料层层组装 到基底表面。通过精细调控组装层的厚度和功能，可以实现材料性质的逐层优 化和定制。
三、层层自组装技术在智能表面 材料中的应用
1、传感器：利用层层自组装技术，可以将敏感材料和导电材料逐层组装到基 底表面，形成高灵敏度的传感器。这些传感器可以检测到生物分子、化学物质 等微小变化，为医疗、环境等领域提供重要信息。
二、研究进展
1、材料种类的扩展：最初，层层自组装技术主要应用于聚电解质和蛋白质等 生物分子的组装。近年来，随着研究的深入，该技术的应用范围逐渐扩展至金 属、无机非金属、高分子及复合材料等领域。这为制备具有优异性能的多层结 构材料提供了更多的可能性。
2、组装过程的优化：为了实现更精确、更快速地层层自组装，研究者们在组 装过程的优化方面进行了大量的研究。例如，通过改变溶液的pH值、离子强度 或温度等参数，可以实现对多层结构中各层厚度的精确控制。此外，一些新型 的组装技术如电场辅助层层自组装、光控层层自组装等也被开发出来，进一步 提高了组装效率和可控性。
参考内容二
引言
多全氟烷基化功能材料是一种具有特殊化学和物理性质的化合物，广泛应用于 电子、医药、化工等领域。由于其高度的化学稳定性和热稳定性，以及优异的 电绝缘性能，多全氟烷基化功能材料在许多领域中具有不可替代的作用。本次 演示将探讨多全氟烷基化功能材料的制备及结构性能研究。
材料制备
多全氟烷基化功能材料的制备主要通过以下步骤进行：
3、电绝缘性：由于全氟烷基的绝缘性质，多全氟烷基化功能材料具有良好的 电绝缘性能。
4、机械性能：多全氟烷基化功能材料具有良好的机械性能，包括耐磨性、耐 刮擦性等。
聚氨酯表面层层自组装_型胶原和硫酸软骨素
第30 卷第7 期高分子材料科学与工程V o l〃 30，N o〃 7 2014 年7 月POLYMEＲ MATEＲIALS SCIENCE AND E NGINEEＲING Jul 2014聚氨酯表面层层自组装Ⅰ型胶原和硫酸软骨素何显运1 ，王迎军2，3，吴刚2，3，原波1( 1〃广东工贸职业技术学院机械工程系，广东广州510510; 2〃华南理工大学材料科学与工程学院，广东广州510641; 3〃国家人体组织功能重建工程技术研究中心，广东广州510006)摘要: 以可降解聚氨酯( PU) 为基体，通过丙二胺的胺解作用，在PU材料的表面接上氨基基团，然后利用层层自组装技术在其表面交替地组装上Ⅰ型胶原和硫酸软骨素。
经石英微晶天平、罗丹明异硫氰酸酯标记胶原荧光光谱法和X 射线光电子能谱分析测试，结果表明Ⅰ型胶原和硫酸软骨素交替地吸附在PU 材料表面; 原子力显微镜观察结果显示，在PU 材料表面组装上Ⅰ型胶原和硫酸软骨素后，材料的表面变得更平整，形成了比较均一的纳米级形貌结构。
关键词: 聚氨酯; 层层自组装; Ⅰ型胶原; 硫酸软骨素中图分类号: TQ323〃 8 文献标识码: A 文章编号: 1000-7555( 2014) 07-0173-04人工合成材料具有不受来源限制，容易加工成型，批次间性能稳定的优点，可根据需要调整物理、化学、生物力学和降解性能，以满足组织工程需要的物理力学性能及降解性能等。
但由于合成的可降解材料通常细胞亲和力、亲水性以及细胞粘附性较差，缺乏细胞识别信号位点，使其在组织工程中的应用受到很大限制［1］。
而细胞与材料之间的相互作用，通常是由材料的表面性能所控制［2］。
聚氨酯( PU ) 是主链上含有氨基甲酸酯( － NHCOO － ) 基团的大分子化合物的统称。
聚氨酯具有良好的弹性，同时可以通过设计不同软、硬段的结构、长度与分布、相对比例以及改变相对分子质量等，在很大范围内来改变聚氨酯的性能。
纳米粒子外表面修饰层层自组装技术
纳米粒子外表面修饰层层自组装技术
想象一下，纳米粒子就像是特别特别小的小珠子，小到我们的眼睛都看不见。
这些小珠子的外面呀，就像给它们穿衣服一样，可以一层一层地加上不同的东西，这就是层层自组装啦。
比如说，我们可以把纳米粒子想象成一个小小的玻璃球。
最开始，这个玻璃球是光秃秃的。
然后呢，我们可以用一种像胶水一样的东西，在这个玻璃球的外面粘上一层彩色的纸，这就相当于给纳米粒子穿上了第一层衣服。
接着呀，我们又可以用另外一种材料，再在彩色纸的外面粘上一层亮晶晶的闪片，这就又加上了一层。
就这样，一层又一层地粘上去，就像我们给小娃娃一层一层地穿衣服一样。
他们把纳米粒子当作一个小飞船，然后一层一层地在这个小飞船的外面装上不同的东西。
第一层装上了一种能让小飞船顺利在身体里游动的东西，就像给小飞船装上了小翅膀。
第二层呢，装上了能找到病菌的东西，就像给小飞船装了一个小雷达。
最后一层，把药装在上面。
这样，这个带着药的小飞船就能顺利地在身体里游来游去，用小雷达找到病菌，然后把药送到病菌那里，把病菌打败啦。
层层自组装与水处理
1946 年,Bigelow.W.C 及其合作者首先提出自组装概念。
1964 年,Zisman.W.A阐明了自组装的基本原理。
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LB技术
SA技术 LBL技术
3
Langmuir一Bl液界面铺展形成单 层膜，然后借助特定的装置将其转移到固体基片上形 成单层或多层膜的技术。这样形成的LB膜，层内有序 度较高，结构较规整。
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氢键
范德华力
配位键
作用力
静电作用力
疏水作用力
电荷转移作用
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使用离子液体诱使自由薄膜剥离技术, 在硅片上制备聚
丙烯酸( PAA) / 聚烯丙基氯化铵( PAH) 多层薄膜，并 在氯化铜酸性溶液中完全剥离形成自由薄膜。
制备的自由薄膜在气体分离、传感器、催化薄膜、微
机械装置、人造细胞壁等领域具有潜在的应用。
1
所谓的自组装(Self-assembly)，就是自发的组装， 不需要人的介入和干预，通常是通过分子间的化学键 或超分子作用，在一定的条件下自发地形成特定的有 序结构。自组装技术是一种自下而上、由小而大的制 作方向，即由原子、分子及其集合体向较大尺寸“合 成”出器件的单元结构，并进而组织成器件的技术。
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最外层为阳离子聚电解质PAH，因此制备所得NF膜 呈现明显的荷电正性，对二价阳离子盐的截留率明显 高于一价阳离子盐的截留率。由于是分子水平的组装 ，表层分离层很薄，通量普遍比目前商品化NF膜高。 随着组装层数的增加，LBL膜厚度增加，对基膜支 撑层的表面孔封作用加强，孔径减小，同时膜阻力增 大，因此膜的渗透水通量降低。
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以碱改性聚丙烯腈(PAN)超滤膜为基膜,聚苯乙烯磺酸
钠(PSS),聚苯乙烯磺酸钠-马来酸共聚物(PSS- co-MA), 聚烯丙胺盐酸盐(PAH)为原料,采用动态自组装法制备 一种低压高通量荷正电纳滤膜。
层层静电自组装构建载药种植体的研究
层层静电自组装构建载药种植体的研究目的构建一种长效、靶向的携带促骨形成药物HU-308的药物缓释种植体，观察其体外缓释特性。
方法采用层层静电自组装技术制备不同层数的肝素/壳聚糖涂层，以物理吸附的方式装载促骨形成药物HU-308，构建载药种植并进行体外释放实验。
通过紫外可见光分光光度计测定药物浓度，分析不同涂层数载药种植体的加载效率及释放规律。
用扫描电镜、原子力显微镜观察涂层表面形貌和结构的变化。
结果成功地制备了载HU-308涂层种植体。
体外释放实验表明，随着涂层层数的增加，载药量逐渐增加，但T20组略有下降。
随着层数的增加，HU-308的释放速度随之减缓，缓释能力增强。
扫描电镜、原子力显微镜结果表明种植体表面肝素/壳聚糖涂层逐渐形成。
结论层层静电自组装技术成功构建载有HU-308的涂层种植体，可长期有效释放达30 d以上，这有望为临床上提高骨质疏松症患者种植体骨整合率提供一种新的可能。
标签：钛种植体；药物缓释；HU-308；层层静电自组装；肝素；壳聚糖骨质疏松症作为一种全身系统性疾病，影响了颌骨的骨质量和骨密度[1]，进而影响了颌骨种植体的成功率，如何提高骨质疏松症患者的种植成功率一直以来都是人们关注的焦点。
传统的全身给药不仅用药量大、有不良反应且作用于种植体局部的效果不佳。
纯钛作为牙种植材料，有着良好的机械性能和生物相容性，但其属于惰性材料，缺乏生物活性，无骨诱导和骨传导能力且植入后愈合周期长[2]；因此，很多学者开始研究对种植体表面进行处理，尝试在种植体局部载药来解决这些问题。
层层静电自组装技术（layer-by-layer electrostatic self-assembly，LBL）[3]是基于聚电解质阴阳离子所带正负电荷间相互作用的一种自组装超分子技术。
其原理[4]是分子静电自组装，通过静电力的作用依次吸附上带异种电荷的聚电解质，交替沉积形成自组装多层涂层，而同时电荷间的排斥力又使每一层的吸附量不会无限增加，而是在一定时间内达到饱和。
LbL层层纳米自组装法制备新型微胶囊
＊国家自然科学基金( No . 29725411 , 90206010) 和广东省自然科学基金( No . 015036) 资助项目 ＊＊通讯联系人 e -mail : mcztong @scut . edu . cn
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化 学 进 展
第 16 卷
状; 利用沉积次数和聚电解质种类调控胶囊的壁厚 与表面特性 ; 改变聚电解质电荷密度 、 分子链刚性及 溶液条件( 如离子强度 、 pH 等) 调节胶囊囊壁的微观 组织形态 , 从而改变囊壁的亲和力和透过率 。 同时 , 因胶囊表面带有电荷而能够稳定分散 , 不需用表面 活性剂 。 更为引人注目的是 , 通过层层沉积不同的 功能物质 , 有可能得到径向纳米复合的多组分复合 膜。 LbL 法制得的纳米及微米级胶囊 , 由于 其新型 的囊壁结构 , 在生化 、 制药 、 药物控释 、 化妆品和催化 [ 9] 等领域具有潜在的应用价值 。
特别是通过在胶囊表层沉积特别设计的高分子可以避免巨噬细胞吞噬提高药效还能通过联接特殊配强化对特定器官癌细胞的主动靶向作用77其它方面的应用在lbl法制备胶囊的过程中加入含有发色基团的聚电解质可以得到光致变色胶囊把磁性物质加入到胶囊壁或者囊腔内则胶囊成为名副其实的磁性载体把脂质自组装到pem胶囊上产生电敏特性电导率变为10msm而纯pem磷脂聚电解质胶囊具有类似于细胞膜的对na金属离子的选择透过性可以构造新型的人工细胞colloidinterf196621
第 16 卷 第 4 期 2004 年 7 月
化 学 进 展
PROGRESS IN CHEMISTRY
Vol . 16 No . 4 July , 2004
LbL 层层纳米自组装法制备新型微胶囊
梁振鹏 王朝阳 孙启龙 童 真
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分离方面的应用
(3)膜分离技术不仅适用于无机物和有机物，从病毒! 细菌到微粒等广泛的分离范围，而且还适用于许多
特殊溶液体系的分离，如溶液中大分子与无机盐的
分离和一些共沸物或近沸点物质的分离等；
(4)膜分离过程中分离与浓缩同时进行,便于回收有价 值的物质资源；
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分离方面的应用
(5)由于只是用压力作为膜分离技术的推动力，因而 膜分离工艺适应性强，装置简单，操作方便，处理
Bruening等把聚电解质层层自组装PSS /PAH的纳 滤膜用于多种氨基酸分子的分离，有很好的分离效 果。
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分离方面的应用
纳滤膜不仅用于水中无机盐和有机分子的分离, 还能 应用于食品加工、石油工业、药物纯化和催化剂回
收等有机体系, 但现有的纳滤膜大都存在耐有机溶剂
性差、易溶胀和不耐高温等问题。聚电解质自组装 膜耐有机溶剂能力强, 适合于有机溶剂体系中物质的 分离。
成膜驱动力。利用这种方法可以控制自组装膜的结
构和厚度, 并且由于静电相互作用的非特异性, 可以 轻易地将生物功能大分子、导电聚合物、感光聚合 物引入到薄膜中去, 形成具有生物功能、导电功能和 光活性的薄膜。
7
层层自组装的制备
这种技术对基质的选取并无特殊限制, 试验中常用的 是石英片。基质预处理包括清洗基质和表面处理。
洗，(4)B层膜材料的吸附，(5)清洗，之后重复(2)、
(3)、(4)、(5)。
（1）
（2）
（3）
（4）
（5）
5
层层自组装的制备
自组装技术
静电层层 自组装技术 氢键层层 自组装技术
配位作用
其它层层 自组装技术
电荷转移
特异性 分子识别
6
层层自组装的制备
静电层层自组装技术(静电交替沉积技术)：近年来发 展的层层自组装技术主要以离子间的静电作用作为
层层自组装， 随后经过磷酸处理使金膜脱落，溶解
氧化铝基板最终制备了管状结构材料。
除了多孔氧化铝基板外, 有孔结构的聚碳酸酯等其他 基板也被使用于制备管状材料。
一般的棒状基板有聚苯乙烯微纤维和镍棒等。
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催化方面的应用
漆酶(Laccase) 是一种含铜的多酚氧化酶，能够催化 氧化酚类和芳胺类化合物，在废水处理、芳香族化
用在催化和传感等领域， 因而此类材料的制备具有
较高的应用价值。此类材料的制备一般是在胶体颗 粒膜板上层层组装所需的物质，然后通过化学或者 加热处理，除去胶体颗粒模板而得到空胶囊，通过 对胶体颗粒和薄膜物质的选择，可以很好的控制胶
囊的尺寸、厚度以及成分。
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催化方面的应用
Sasaki在PMMA球上实现料二氧化钛与Al13 Keggin 离子层层自组装制备无机层状薄膜， 随后加热除去
层层自组装技术
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目录
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层层自组装简介 层层自组装的制备 层层自组装的应用
总结
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层层自组装简介
早在1966年, Iler就曾利用带相反电荷的胶体粒子通 过交替吸附的方法构筑多层结构。1980年,
Fromherz在此基础上提出了利用带电荷的蛋白质与
线型聚电解质通过交替吸附自组装形成多层结构的 概念。但是直到1991年, 在Decher等首次利用线型 的阴、阳离子聚电解质通过静电自组装的方法成功 制备了多层复合平板膜之后, 层层自组装技术才广为
移、特异性分子识别等也可用来作为成膜驱动力。
这些都丰富了基于交替沉积的自组装技术, 也为构筑 功能性器件提供了更广泛的选择性。
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层层自组装的应用
在电子和光学器件方面的应用 在分离和催化方面的应用
应用
在生物医用材料方面的应用
在模拟细胞行为和药物缓释等方面的应用
在生物反应器和生物传感器方面的应用
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催化方面的应用
在保持酶生物活性不变的前提下，将漆酶高度有序、 稳定地固定在固体基底上是制备高效漆酶生物传感
器的关键一步。采用静电层层自组装的方法在云母
片基底上构筑漆酶自组装多层膜。
将新鲜解离的云母片交替浸入2g/L的(聚丙烯酰 胺)CPAM溶液、漆酶液体中各20min，每次后用超 纯水彻底漂洗，然后取出用冷风吹干，如此重复上
与膜的表面电荷关系不大,但与被分离的离子的电荷
密度关系较大，在自组装膜层数恒定时，被分离离 子间的电荷密度差异越大,分离效果越好。
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分离方面的应用
膜分离技术具备以下的特点： (1)膜分离过程不发生相的变化，与有相变的分离方
法相比，能耗低，是节能技术;
(2)膜分离过程通常是在常温下进行，因而特别适用 于热敏性物质，如果汁、酶、药品等的分离!分级!浓 缩和富集;
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分离方面的应用
聚电解质层层自组装纳滤膜的应用虽处在实验研究 阶段, 生产及生活用水的软化 但由于其具有结构和性能的可控性, 显示出潜
在的应用前景。目前主要应用于以下几个方面。 海水及苦咸水的淡化
水中有机物的分离 有机溶剂中物质的分离
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分离方面的应用
Bruening等在多孔氧化铝基膜上组装5个双层的PSS /PAH(聚苯乙烯磺酸钠/聚丙烯胺),所得自组装纳滤膜
表面处理是将基质表面处理成亲水的或疏水的, 带正
电荷或带负电荷的。处理后的基质存放在超纯水中 待用。静电交替沉积的具体机理如下图所示。
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层层自组装的制备
将基质表面处理成带正(负)电荷的, 然后第一层带 负(正)电荷的聚合物膜沉积在基质表面,清洗干燥之
后再将第二层带正(负)电荷的聚合物膜沉积在第一
有很高的荷电性, 能与离子之间形成强烈的静电排斥
作用, 能够同时去除水中一价离子和二价离子, 也能 应用于这一领域。
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分离方面的应用
层层自组装纳滤膜除了可对水中无机盐进行截留, 还 可对水中的有机物进行分离。Bruening 等制备的层
层自组装纳滤膜[PSS/PAH]45对染料、蔗糖等有机大
分子和无机盐小分子有很好的分离效果。
膜时依然不会造成聚合物的缺乏。
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层层自组装的制备
清洗是为了避免上一次吸附中沾染在基质上的液体 对下一次吸附造成污染, 并且还有助于已吸附聚合物
层的稳定。吸附时间取决于聚合物的分子量、溶液
的浓度以及搅拌是否良好等。
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层层自组装的制备
氢键层层自组装技术：基于静电相互作用的自组装 要求成膜材料必须带有电荷, 因此这些材料只能溶于
法。该方法操作简单、条件温和，特别适合制备具
有生物活力的薄膜。随着研究的不断深入，自组装 材料也逐渐从聚电解质扩展到生物大分子( 酶、DNA、 蛋白质等) 、无机纳米颗粒、染料等功能性物质。通 过层层自组装技术制备的生物大分子自组装膜，具
有结构高度有序、酶负载量பைடு நூலகம்控等特性，在构筑生
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物传感器、生物芯片等领域具有重要意义。
人们接受, 并在近十几年内得到飞速发展。
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层层自组装简介
层-层自组装(Layer by Layer Self Assembly, LbLSA)是利用逐层交替沉积的方法, 借助各层分子
间的弱相互作用(如静电引力、氢键、配位键等) , 使
层与层自发地缔和形成结构完整、性能稳定、具有 某种特定功能的分子聚集体或超分子结构的过程。
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分离方面的应用
聚电解质自组装膜可用作离子分离膜或反渗透膜用 于脱盐，但它们的分离机理不尽相同，离子分离膜
的分离机理遵循双极化膜的离子排斥模型，它是一
种分子水平级的多层双极化膜。
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分离方面的应用
由图可见,高价离子与膜之间存在更强的排斥力作用, 且膜的层数愈多，分离愈有效，一般膜的分离效果
分离方面的应用
目前已报道的自组装聚合物多层分离膜, 大多是聚电 解质在多孔底膜上进行静电自组装制成皮层致密的
复合膜, 主要用于渗透气化、反渗透和气体分离等方
面。利用层层自组装所制得的膜结构比较清楚, 膜的 厚度与层数之间有着明确的定量关系, 而且膜厚在纳 米范围可调, 这既利于膜性能的比较又有望获取最佳 分离性能的膜厚度。
合物转化、食品加工、生物医药及生物传感器构建
方面具有重要应用价值。但是，由于游离漆酶在使 用过程中易变性失活，且不易从反应体系中分离出 来重复使用，这在一定程度上限制了漆酶的工业化 应用。
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催化方面的应用
静电层层自组装是通过交替吸附带相反电荷的聚电 解质在固体基底上构建有序多层膜的一种固定化方
由相同或不同分子之间,因彼此 在微观结构中，比分 的弱相互作用而形成的分子体系, 子中原子排列尺度大 这类物质由分子组成,彼此之间 的结构。 不是共价键结合,而是在弱相互 作用力作用下规则有序的排布在 4 一起,形成规则的结构。
层层自组装简介
层层自组装技术构筑多层超薄膜的大体步骤可以概 括为:(1)基质预处理，(2)A层膜材料的吸附，(3)清
层膜表面, 清洗干燥之后重复以上步骤, 直至得到 所需层数的多层膜。聚电解质分子链上的带电基团 之间相互吸引, 使层与层之间紧密吸附。
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层层自组装的制备
如下图所示, 聚磺化苯乙烯钠盐(PSS)分子链上含有 负电基团(-SO3-), 聚盐酸烯丙胺(PAH)分子链上含有
正电基团(-NH3+) , 两层膜结合后, 小分子NaCl被清洗
极性溶剂(通常是水)中, 这势必限制了成膜材料的种
类。1997年,Rubner与张希几乎同时提出了以氢键 来构筑自组装多层膜的方法氢键层层自组装技术, 从 而把这种方法推广到适用于非水溶剂中, 它是对 Decher提出的静电自组装方法的有利补充。基于氢