单分散纳米空心炭球的可控合成及对小分子药物富集和缓释机制研究

纳米空心炭球具有比表面积高、内部空间大、孔隙丰富、热稳定性好、生物相容性好、耐强酸强碱等优点，在药物缓释、催化和储能材料等领域具有广阔应用前景。目前空心炭球主要由硬模板法合成，存在制备工艺复杂、收率低和壳体刚性差等缺点。本项目提出基于弱酸-弱碱（-COO-/NH4+/-COO-）作用引导的组装机制，以含羧基炭前驱体和表面活性剂为组装单元，氨离子为媒介，经水热法一步合成单分散、尺度可调的纳米聚合物空心球，经隔离炭化得到单分散纳米空心炭球。研究其对小分子药物的富集和缓释机制。为有效利用空腔存储药物分子能力，可采用活化处理增大空心球的比表面积和孔隙率，或对空心球内外空间进行化学修饰。项目的完成将有助于理解空心球合成过程中的关键问题，揭示空心球壳体中孔隙和空腔尺寸与药物富集、传输和缓释能力的构效关系，为空心球的规模制备和广泛用于药物缓释、催化、纳米器件等领域提供理论指导和实验依据。

纳米空心炭球具有比表面积高、内部空腔大、孔隙丰富及生物相容性好等优点，在吸附分离及药物缓释等领域具有广阔应用前景。为了解决空心炭球制备工艺复杂、孔结构参数难调控及空腔利用率低的问题，设计合成了单分散纳米空心炭球，并研究其孔结构参数调控规律及吸附缓释性能。本项目根据预定的实验方案和路线顺利进行，完成了项目计划中的研究内容。研究主要以弱酸-弱碱诱导自组装机制发展了一种合成空心炭球的新方法；结合课题组提出的“纳米空间限域热解”策略制备了离散态、单分散、尺度可调且粒径均一的纳米空心炭球；发现了限域空间内低温自活化增大空心球比表面积和孔隙率的新路径；利用离子交换法制备功能化空心炭球，研究其催化及吸附性能；通过原位包埋等方法实现了对空心球的磁功能化，揭示了孔隙结构及功能组分与吸附性能间构效关系；以布洛芬及抗癌药物阿霉素(DOX)为药物分子，研究了空心炭球对药物分子的吸附和缓释机制。在J. Am. Chem. Soc.、Angew. Chem. Int. Ed.等期刊发表SCI收录论文12篇，获得授权专利3项。该项目成果拓展了纳米空心炭球可控制备及孔隙调控方法，为空心球的功能化及在药物缓释中的应用研究提供理论指导和实验依据。