基于AAO与COF形成复合结构的研究及应用文献综述

 2022-12-22 19:48:28

开题报告内容:(包括拟研究或解决的问题、采用的研究手段及文献综述,不少于2000字

孔内径为 0.1-100 纳米的微小孔道被称为纳米通道,由于其特殊的尺寸效应、比表面积效应以及孔道内外特殊的物理化学性质,纳米通道技术在化学、材料学、生物医学等领域具有巨大的优越性及乐观的前景。早在 20 世纪 70 年代初科研人员就己证实了纳米通道蛋白的存在,随后,哈佛大学 Branton 实验室和剑桥大学的 Bayley 实验室提出了利用纳米孔对 DNA 进行测序的设想,并发表了单链 DNA 在电场驱动下通过纳米通道的研究。

目前,纳米通道技术的研究根据纳米通道的结构和性质的不同,主要分为生物纳米通道技术和人工纳米通道技术两个方向。

  1. 生物纳米通道

生物纳米通道是存在于生物膜上的一种纳米级孔道结构,大多数是蛋白质分子及特异性门控离子通道。生物纳米通道控制着各种离子和分子的进出,在生物细胞的物质转移、能量转换和信号传输等过程中起到了重要的作用。实验室常用的物纳米通道包括alpha;-溶血素生物通道[7]、多肽自装组的细胞膜离子通道等,这些天然的纳米通道尺寸小、选择性好,可以灵敏地检测不同的待测物。尽管生物纳米通道优点众多,但它也存在机械、热及化学稳定性低,易受外界环境影响等缺点,限制了它的实际使用范围。

(2) 人工纳米通道

由于生物离子通道的不稳定性和难获取性,研究人员开始寻找可代替它的人工纳米通道。人工纳米通道是利用特殊的制备技术在无机材料或高分子材料上形成的孔内径在纳米级的微小孔道,人工纳米通道与生物离子通道相比不仅具有相似的物理化学性质,保持了高度的离子选择性,易修饰,而且稳定性好,所以人工纳米通道逐渐成为物质检测及物质传输特性等研究领域的首选材料。

多孔阳极氧化铝膜(PAA)是以氧化铝为基底,通过电子束刻蚀或者二次阳极氧化的方法制备的规则的纳米通道阵列。由于 PAA 膜表面的纳米通道具有高密度、几何结构特殊、耐热性和稳定性好等优点,现已广泛应用于生物分析和检测装置的构建等领域。多孔阳极氧化铝膜与单个纳米孔相比,检测响应可以放大几个数量级。PAA 膜在制备的过程中可以通过改变电压、反应、温度、反应时间、反应溶液的种类和浓度来改变纳米通道的孔径、孔密度和膜的厚度,所以 PAA 膜的制备条件对纳米通道的形态影响巨大。

(3)共价有机框架

共价有机框架(Covalent Organic Frameworks,COFs)是一类由有机小分子,轻质元素(C, O, N, B等通过共价键有序连接而成的有机多孔高分子。共价有机框架材料(COFs)是一种由共价键连接的具有周期性网络结构的有机多孔材料,其合成的过程是经热力学控制的可逆反应,能够精确控制材料几何结构、功能以及立体取向。COFs具有良好的热稳定性和化学稳定性,可以适应各种不同环境,同时又具有灵活多变功能化的方法和较大的比表面积。其结构的有序性、多孔性和功能的可调性使得该类材料在气体储存、光电、催化和传感等领域具有很好的应用前景。

  1. 拟研究问题:

1.1COFs/PAA复合结构的制备与表征;

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