聚合物表面多层次结构的构建

物体表面结构的粗糙程度与其可湿性密切相关。通过对聚合物（纤维织物）表面多等级结构的有序构建，有可能得到一类具有特定功能如超双疏性（疏水/疏油）、选择性生物相容和抗生物污损等特殊聚合物表面并得以实际应用。在前期工作的研究基础上，我们希望从仿生的角度，采用特征化学反应、高分子自组装和诱导矿化等方法制备出各种性状和等级的规整有机/无机粒子，以物理、化学和生物等手段，将所制备的粒子与合成和天然高分子（纤维）之间进行作用，以在其表面构筑相应的多层次等级结构，进而得到对液体具有特殊可湿性的表面（超疏水、超双疏和环境/条件响应的亲疏水性等），并探索致使聚合物表面湿润性变化的机理。在提高多层次结构的机械牢固性能的同时，拓宽所使用的聚合物（纤维）和等级结构的种类。以此为出发点，研究这些具有特殊可湿性表面的材料在抗生物污损、防水材料、液体分离乃至生物医药等领域中的潜在应用。

发现壳聚糖能在磷酸根离子存在下充当模板作用而调控所形成硅石的组装过程，使其形貌由球状向板状乃至最后的杨桃状转变。另一种天然多糖的衍生物海藻酸钠，则能够通过缓慢持续的释放来调控碳酸钙晶体的成核和颗粒聚集体的形貌，进而得到类珍珠质的层状结构。考察以壳聚糖和丝素蛋白分别作为不溶性基质和可溶性添加物时碳酸钙晶体的生长过程，了解了圆盘状文石在壳聚糖膜表面成核生长是由于丝素蛋白的亲水区通过静电作用与无定形碳酸钙小颗粒之间的组装作用。由此，采用与贝壳中类丝素蛋白在氨基酸组成和聚集态结构类似的桑蚕丝素蛋白，在生物体外通过调控碳酸钙的矿化，发现其在体系中具有完全的文石选择性；模拟计算证实文石(010)面的离子间距与丝素蛋白的β-折叠能够很好匹配。由此揭示出生物大分子的二级结构及其组装体的聚集态结构对碳酸钙等无机颗粒晶型及其聚集体形貌的控制作用，并为高性能有机/无机杂化体及其具有特殊润湿性表面的仿生制备提供了依据。. 同时，我们发现结构明确的聚（谷氨酸-丙氨酸）两亲性嵌段多肽能够在溶液的表面同时起到不溶性基质和可溶性添加剂的双重作用。在此基础上，我们尝试以单分散的聚谷氨酸在平滑玻璃板表面原位生成了具有两级微米-纳米粗糙结构的碳酸钙晶体层，其所构成的表面经化学处理后具有特殊的且可调控转换的超疏水性能，由此证明采用生物矿化的方法不仅能够在光滑的表面形成多层次的结构，并有可能在无损耗液体传输及自清洁表面等方面得以应用。. 实现了再生丝素蛋白和壳聚糖有效的混合并制备出具备了较好的力学性能且孔径大小可控的共混支架材料，其不仅比纯的再生丝素蛋白材料具有更强的吸水能力，而且在生物学实验中表现出了更好的猪软骨细胞粘附性，体现出上佳的生物活性。同时，采用丝素蛋白固定的方法对聚丙烯和聚酯等材料表面的生物相容性进行了改进，通过在其表面进行大鼠间骨髓间充质干细胞（MSCs）培养的实验，表明在等离子体处理材料表面后直接浸涂丝素蛋白能很好地促进MSCs的生长。. 项目执行期间，共发表SCI论文16篇；申请国家发明专利1项。.