文献综述层状自组装技术

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1、第一章文献综述—层状自组装技术第一章文献综述--层状自组装技术第一节层状自组装多层膜的重要性随着生物学研究的日渐深入，人们愈来愈认识到在生物体系中，各种复杂、精巧的功能是通过生物分子间的多种弱相互作用的协同效应来实现的[1-5]。一些生物大分子如蛋白质、核酸等，其复杂的功能也是基于它们特定的三级结构，通过分子片断间的各种弱相互作用，自发的组装、堆积形成多层次的空间结构，并最终实现其生物功能的。这些规律不仅仅只适用于生物体系，随着主－客体化学的引入，在许多有机/无机体系中我们都可以看到，分子间基于特定的结构，通过一定的相互作用组装形成聚集体，并实现特定的功能。因此，分子聚

2、集体的功能是蕴含于特定结构的分子的组装之中。在此[1,2]基础上发展起来的超分子化学，则明确地把对分子聚集体结构和功能的研究作为自己的研究对象，从而在一个比分子更高的层次上实现了化学各分支[3]学科的融合及与其它学科的交叠。它旨在研究分子基于弱相互作用的组装、自组装和自组织行为，并研究这些行为可能带来的结构和功能的改变，以期建立结构和功能之间的关系。在对各种超分子组装体系的研究中，自组装超薄膜由于其结构简单且容易控制，制备也相对容易等特点而引起了人们极大[5]的兴趣。自组装超薄膜的制备是基于分子的界面组装来实现的。实际上，自本世纪三十年代，Langmuir和Blodge

3、tt发现将两亲性分子[6]铺展在水面上可形成单分子膜，并可将此单层膜成功地转移到基片上制备多层膜，关于多层膜的制备及其相应性质的研究就引起了科学家们的极大兴趣。七十年代，Kuhn和其合作者成功地制备了含有给受体的LB多层膜，并[7-8]详细研究了其中的Förest能量转移与距离的关系。为了克服LB膜的稳定性差和制备需要昂贵的仪器等缺点，Sagiv等人基于硅化学的基本知识，发[9]展了通过化学吸附方法制备多层膜的技术，Mallouk等人基于过渡金属与磷酸盐基团的成盐反应，用头尾含有磷酸基团的小分子通过与过渡金属的连接[10]而制备了自组装多层膜。1991年，Decher发

4、展了一种基于阴阳离子静电作[11]用为推动力的制备多层膜的方法，由此揭开了自组装超薄膜制备与研究的12001吉林大学博士学位论文孙俊奇新篇章.自组装超薄膜的研究之所以吸引了来之不同领域，不同学科的科学家的共同关注，是与其本身在科学研究和实际应用中所处的重要地位分不开的。与单层膜相比，多层膜使科学家的想象力可以在三维空间得到充分地发挥。较之单层膜，多层膜上所负载的物质的量和种类都可以成倍地增加，这将会极大地丰富膜的功能并最终实现功能的集成。由于电子器件的日趋微型化，自组装超薄膜必将在微电子器件的制备中发挥重要的作用。同时，由于多层膜允许将不同种类和功能的物质按照某种需要进

5、行顺序组装，它必将赋于多层膜更新的功能。这种新的功能来自于不同功能的物质的特定组合，它是任何一种物质单独所不具备的。2第一章文献综述—层状自组装技术第二节多层膜制备的方法到目前为止，科学家们已经发现了很多制备多层膜的方法，但概括起来，可以大致分为三类，(1)LB膜技术；(2)基于化学吸附的自组装技术；(3)交替沉积技术。它们各具特点又互为补充，在基础研究和实际应用中都发挥着重要作用。1.2.1LB技术LB膜法是将具有脂肪疏水端和亲水基团的双亲分子溶于挥发性的有机溶剂中，铺展在平静的气/水界面上，待溶剂挥发后沿水面横向施加一定的表面压，这样溶剂分子便在水面上形成紧密排列的

6、有序单分子膜（见图1-2-1A）。然后将单分子膜转移到固体基片表面，得到LB膜。按改变膜转移时基片表面相对于水面的不同运动方向，可把LB膜的制备分为X,Y和Z三种方式（见图1-2-1B）。将基片表面垂直于水面向下挂膜，使成膜分子的憎水端指向基片，称X法；将基片反向从水下提出挂膜，使成膜分子的亲水端指向基片，称Z法；以及将基片上下往返运动挂膜，使各层分子的亲水和憎[6,12]水端依次交替指向基片，称Y法。LB膜法实质上是一种人工控制的特殊吸附方法，可在分子水平上实现某些组装设计，完成一定空间次序的分子组合。Fig.1-2-1SetupforLBfilmpreparatio

7、nandthreetypesofLBfilm.32001吉林大学博士学位论文孙俊奇1.2.2基于化学吸附的自组装技术当将某种基底(如金基底)浸入含有特定活性基团的某种物质的溶液中时(如含巯基化合物的醇溶液)，这种物质便会通过活性基团自发地吸附于此基底上，形成二维规则排列的单层膜，这一过程便称为自组装(如图1-2-2[13]所示)。含有活性基团的分子在固体基片上吸附形成的分子聚集体便称为自组装单分子膜。自组装是多种作用力协同的结果。自组装膜的种类很多，它[14-17][18-24]包括：(1)脂肪酸单分子膜：(2)有机硅衍生物单分子膜；(3