凝胶纳米纤维结构的形成动力学及其手性性质研究

发布时间：2020-06-24 21:59

【摘要】：本文以有机凝胶小分子N-月桂酰-L-谷氨酸二正丁酰胺(GP-1)为研究对象,以流变技术和显微镜技术为研究基础,利用Avrami模型和扩展Dickinson模型,建立了动力学-结构的关系。这种关系的建立使得我们更深入的理解在凝胶形成过程中动力学控制的重要作用。除此之外,我们也利用圆二色谱来研究由凝胶纤维束-金纳米棒杂化自组装形成的金纳米棒螺旋结构的手性,其具有较强的集合表面等离激元光学活性,将在分子手性传感方面展现出巨大的应用价值。与此同时,我们也探索了有机凝胶分子(GP-1)-金纳米棒的杂化自组装/自组织体系独特的光学性质在手性分子探测上的应用。本文研究主要分为以下几个方面:(1)利用Avrami理论对球茎网络结构和纤维网络结构的形成动力学进行分析研究。通过Avrami分析,我们得到了在凝胶网络结构形成过程中纤维生长、纤维分叉以及纤维束的不同动力学特征。这项工作有助于深入理解调控纤维网络结构和性能时动力学控制的重要性;(2)利用扩展Dickinson模型,对多种凝胶体系的纤维网络结构进行分形分析,并建立了适用于稀和浓凝胶体系的动力学-结构的关系。与目前分形分析方法相比,我们的模型适用范围更广;(3)研究了在成胶过程中,1D受限对纤维网络形成动力学、结构和性能的影响,这种条件下形成的凝胶薄膜具有更好的柔韧性,使其具有更广阔的应用前景;(4)通过调节CTAB的浓度来获得不同螺距的纳米纤维束,构建了以纳米纤维束为模板的金纳米棒螺旋结构,获得了在溶液中金纳米棒的自组装手性构象,并在集合等离激元共振频率(可见光范围)观测到新的CD光谱;(5)利用凝胶分子(GP-1)-金纳米棒的杂化自组装/自组织体系作为手性探针,与半胱氨酸分子作用,构建了表面等离子光学性质的一维软纳米线性链及其手性超结构。并对L-cys和D-cys分子对映体进行了探测,实现了半胱氨酸分子的高灵敏探测及其手性异构体的区分,可探测半胱氨酸分子的最低摩尔浓度为4.5μM,我们所得到表面等离子体手性探针具有极高灵敏度。我们相信,通过上述对小分子有机凝胶的研究,使得对小分子有机凝胶的形成动力学有了更加深入理解和认识,有助于帮助我们理解动力学控制在调控分子凝胶纤维网络结构和性能的作用。并通过进一步对纳米纤维束-金纳米棒杂化自组装/自组织的金属微纳结构产生新的表面等离激元光学活性的研究,我们发现了一种新的调节纤维束手性结构的方式,为今后对纳米纤维束为模板的金纳米棒螺旋结构的研究提供了新的思路。最后,我们首次把GP-1引入到氨基酸小分子介导金纳米颗粒自组装的体系中,得到了一种具有更高灵敏度的手性探测方法,这将会为人工纳/微结构功能器件在生物感测、疾病的探测、诊断、以及治疗等领域的应用带来新的发展机遇。
【学位授予单位】：北京理工大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TQ340.1

【共引文献】