界面化學(xué)理論及發(fā)展前景研究

吳國(guó)民

(湖北工程學(xué)院，湖北　武漢　432000)

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界面化學(xué)理論及發(fā)展前景研究

吳國(guó)民

(湖北工程學(xué)院，湖北武漢432000)

界面化學(xué)不僅對(duì)界面體系的物理過程和特征進(jìn)行一定的研究，同時(shí)也深入研究其化學(xué)過程和規(guī)律。目前，界面化學(xué)在生物化學(xué)和環(huán)境領(lǐng)域有著廣泛的運(yùn)用，并且有著十分廣闊的發(fā)展前景。基于此，本文先是介紹了界面化學(xué)的研究?jī)?nèi)容，如設(shè)計(jì)和構(gòu)建新型的有序分子組合體、研究界面化學(xué)有序分子膜，然后從研制天然與特種表面活化劑等方面對(duì)當(dāng)前的界面化學(xué)理論及其發(fā)展前景做了一個(gè)系統(tǒng)的闡釋。

界面化學(xué)理論；發(fā)展前景；發(fā)展趨勢(shì)；內(nèi)在規(guī)律

近年來，我國(guó)科技領(lǐng)域發(fā)展迅速，在仿生學(xué)、生物醫(yī)藥和功能材料學(xué)科方面有著突出的表現(xiàn)，而這些學(xué)科和界面化學(xué)都有著密切的聯(lián)系。界面化學(xué)是一門研究界面現(xiàn)象和膠體分散體系的科學(xué)，它滲透到國(guó)民經(jīng)濟(jì)的方方面面，對(duì)國(guó)家的經(jīng)濟(jì)發(fā)展有著重要的作用[1]。本文將簡(jiǎn)要介紹界面化學(xué)近10年以來的成就，并重點(diǎn)介紹界面化學(xué)理論研究的新思路和新前景，給界面化學(xué)的發(fā)展前景和趨勢(shì)做更為全面的分析。

1　界面化學(xué)理論簡(jiǎn)介

對(duì)于中國(guó)而言，界面化學(xué)是一門十分年輕的學(xué)科。自1982年后，界面化學(xué)才在中國(guó)得到長(zhǎng)足的發(fā)展。而隨著中國(guó)科技的日益發(fā)達(dá)，尤其是近10年，我國(guó)的界面化學(xué)發(fā)展更為迅速。著名化學(xué)家傅鷹院士對(duì)界面吸附理論的研究更是在國(guó)際上達(dá)到了極高的水平，這也使得傅鷹院士成為我國(guó)界面化學(xué)研究的主要奠基人。隨后，科學(xué)家趙國(guó)璽對(duì)表面活化劑進(jìn)行了深入的研究，從而為混合表面活化劑體系做出了巨大的貢獻(xiàn)。在這之后，科學(xué)家顧惕人和周祖康等也積極研究界面化學(xué)，為中國(guó)界面科學(xué)領(lǐng)域做出了極大的貢獻(xiàn)，這些化學(xué)家的不懈努力使得中國(guó)的界面化學(xué)理論達(dá)到了新的高度。

近年來，隨著中國(guó)科技的不斷發(fā)展，界面化學(xué)的研究?jī)?nèi)容也在不斷完善和更新，界面化學(xué)的應(yīng)用前景也變得更為廣闊[2-3]。當(dāng)前界面化學(xué)的應(yīng)用方向主要包括天然與特種表面活化劑的研制、生物傳感器和超靈敏爆炸物探測(cè)儀的研究，以及在醫(yī)藥載體制備方面的廣泛應(yīng)用等。在界面化學(xué)的研究過程中，研究人員對(duì)界面化學(xué)的研究目的也有了更為清晰的界定，如何在現(xiàn)有的研究基礎(chǔ)上，構(gòu)建出結(jié)構(gòu)更為豐富、功能更為多樣的聚集結(jié)構(gòu)，已經(jīng)成為界面化學(xué)研究的重要方向和目標(biāo)。

2　界面化學(xué)的主要研究?jī)?nèi)容

2.1設(shè)計(jì)和構(gòu)建新型的有序分子組合體

在界面化學(xué)領(lǐng)域的研究中，設(shè)計(jì)和構(gòu)建新型的有序分子組合體是極為重要的一項(xiàng)內(nèi)容。這些有序分子組合體是研究各種生物膜的最佳模擬模型，對(duì)探究生命的起源、奧秘及生物學(xué)研究有著重要的作用，因此，長(zhǎng)期以來，界面化學(xué)有序分子組合體一直是國(guó)際眾多科學(xué)家研究的熱點(diǎn)。設(shè)計(jì)和構(gòu)建新型的有序分子結(jié)構(gòu)體主要涉及以下幾個(gè)研究方向：

一是構(gòu)筑和應(yīng)用一維有序組合體。這項(xiàng)研究?jī)?nèi)容一直是界面化學(xué)領(lǐng)域中較為困難的研究課題，許多研究人員致力于研究這一課題。近年來，有科學(xué)家在進(jìn)行一維有序組合體研究時(shí)發(fā)現(xiàn)，可以在膽酸鹽衍生物和鈣離子的自組裝體系中觀察到穩(wěn)定存在的一維右手螺旋結(jié)構(gòu)，而這種現(xiàn)象同樣在多種離子體系中存在，這一發(fā)現(xiàn)促使科學(xué)家們最終研究出納米螺旋體系。

二是組裝和應(yīng)用仿生微膠囊。目前，仿生微膠囊的組裝和應(yīng)用是界面化學(xué)的新研究方向。這是因?yàn)榉律⒛z囊結(jié)構(gòu)的尺寸、壁厚和形狀都具有良好的穩(wěn)定性和可控性，并且囊壁還易于進(jìn)行功能性的修飾。目前，科學(xué)家通過對(duì)界面化學(xué)有序分子體的研究，已經(jīng)研制出以戊二醛為膠黏劑的血紅蛋白微膠囊，甚至還利用微膠囊的層層組裝技術(shù)，在布洛芬的藥晶上交替組裝磷脂DMPA微膠囊和血清蛋白。這一內(nèi)容的研究使得生物領(lǐng)域的研究更進(jìn)一步，在未來，微膠囊甚至有可能發(fā)展為功能化藥物載體。

三是構(gòu)建和應(yīng)用刺激響應(yīng)性小分子凝膠。小分子凝膠具有“小刺激、大響應(yīng)”的性質(zhì)特點(diǎn)，在生物、材料制備和農(nóng)業(yè)領(lǐng)域有著廣闊的發(fā)展前景。近幾年來，科學(xué)家們?cè)诖碳ろ憫?yīng)性小分子凝膠領(lǐng)域展開了積極的研究，也取得了一些先進(jìn)的成果。例如我國(guó)科學(xué)家房喻在研究小分子領(lǐng)域時(shí)，以二茂鐵為基礎(chǔ)設(shè)計(jì)小分子凝結(jié)劑，得到了具有多重刺激響應(yīng)性的超級(jí)膠凝性凝膠，這一研究發(fā)現(xiàn)使得我國(guó)的界面化學(xué)研究有了更進(jìn)一步的發(fā)展。

2.2研究界面化學(xué)有序分子膜

界面化學(xué)有序分子膜在光學(xué)、化學(xué)和生物仿生學(xué)都有極為廣闊的應(yīng)用前景，目前，我國(guó)在光學(xué)傳感器和生物仿生模擬領(lǐng)域都取得了杰出的成就。研究人員在研究界面化學(xué)有序分子膜時(shí)，構(gòu)筑出界面手性組裝體。手性是自然界的普遍現(xiàn)象，對(duì)材料科學(xué)和制藥有著重要的作用。因此，當(dāng)前科學(xué)家們對(duì)分子以上層次的手性問題越發(fā)熱衷，界面手性組合體研究越來越受到科學(xué)家的重視。在中國(guó)，科學(xué)家劉鳴華研究界面化學(xué)有序分子膜時(shí)發(fā)現(xiàn)，非手性的兩性分子可以形成具有超分子手性的組裝體，這一發(fā)現(xiàn)給生命科學(xué)和材料科學(xué)領(lǐng)域的研究帶來了新的突破。

2.3可控合成聚苯胺多級(jí)結(jié)構(gòu)形貌

可控合成聚苯胺多級(jí)結(jié)構(gòu)及其應(yīng)用是目前導(dǎo)電電子領(lǐng)域最熱門的研究重點(diǎn)，并且在國(guó)際范圍內(nèi)已經(jīng)有許多突出的成果。例如，科學(xué)家利用苯胺氧化聚合制備出納米硒；在較弱的氧化劑下氧化聚苯胺溶液，從而制備出三維花狀多級(jí)超結(jié)構(gòu)；在聚苯胺衍生物結(jié)構(gòu)調(diào)控的基礎(chǔ)上，把聚苯胺衍生物應(yīng)用到貴金屬的納米催化區(qū)域等等。這些研究成果給潤(rùn)滑材料的制備提供了重要的條件，從而為航天航空領(lǐng)域做出了一定的貢獻(xiàn)。

3　界面化學(xué)的應(yīng)用前景

3.1研制天然與特種表面活化劑

3.1.1卵磷脂的應(yīng)用

卵磷脂是一種分布在自然界的天然表面活化劑，它具有雙親結(jié)構(gòu)，是生物體細(xì)胞的重要組成部分之一。被水分散時(shí)，卵磷脂會(huì)形成一種具有穩(wěn)定二分子膜結(jié)構(gòu)的脂肪小體，這些脂肪小體可以強(qiáng)化對(duì)皮膚的保濕作用，也能作為藥物載體使用。早前已將卵磷脂制作成各種香波和肥皂，作為化妝品原料對(duì)皮膚起到潤(rùn)滑作用。而隨著界面化學(xué)研究的深入，精制技術(shù)迅猛發(fā)展，人們對(duì)卵磷脂也有了更為清晰的認(rèn)識(shí)和研究。目前許多國(guó)家已經(jīng)開發(fā)出使用性好、親水性強(qiáng)的氫化卵磷脂和溶血卵磷脂。

3.1.2植物性肽的應(yīng)用

在植物性肽中，多肽是氨基酸脫水濃縮的一種化合物，它具有性價(jià)比高、安全性高的特點(diǎn)，對(duì)人的毛發(fā)和皮膚有著極強(qiáng)的保護(hù)作用。并且，多肽還具有極強(qiáng)的起泡力和乳化力，和硅酮一樣對(duì)毛發(fā)有極高的保護(hù)作用。因此，植物性肽被廣泛應(yīng)用到生活中的方方面面。

3.1.3氨基酸衍生體的應(yīng)用

目前被廣泛應(yīng)用的洗凈劑有很多，主要是單烷基磷酸酯烷基磺基琥珀酸和氨基酸衍生體等，這些洗凈劑與其他表面活化劑相比，殘留性更低，對(duì)皮膚的刺激性也更小。可見，界面化學(xué)在研制天然和特種表面活化劑方面有著廣闊的應(yīng)用前景。

3.2在藥物載體制備中的應(yīng)用

目前，在藥物載體制備和兩親性高分子聚集體構(gòu)建領(lǐng)域，將新型兩親性高分子聚集體進(jìn)行化學(xué)修飾，以達(dá)到接枝配體，實(shí)現(xiàn)主動(dòng)靶向功能是主流的研究方向。而國(guó)內(nèi)研究人員在這一方向上也取得了突出的成績(jī)：一方面，研究人員設(shè)計(jì)合成了兩親性聚酯，從而成功研制出一種可以在水中溶脹但卻不會(huì)溶解的水凝膠，這一研究可以用于藥物控制、釋放載體，是藥物載體制備領(lǐng)域最具有潛力的生物材料。另一方面，研究者通過對(duì)界面化學(xué)中表面活性劑的有序分子的研究，給藥物的構(gòu)建和調(diào)控提供了良好的介質(zhì)，這在生物化學(xué)領(lǐng)域具有巨大的發(fā)展?jié)摿Α?/p>

3.3在醫(yī)藥領(lǐng)域發(fā)揮新作用

近年來，界面化學(xué)吸引了眾多科學(xué)家的關(guān)注和研究，這一新的科學(xué)領(lǐng)域也成為了國(guó)際研究熱點(diǎn)，現(xiàn)在界面化學(xué)不僅應(yīng)用到日常生活方面，在醫(yī)藥領(lǐng)域同樣發(fā)揮著重要的作用，具體如下：

3.3.1運(yùn)用在生物傳感器

界面化學(xué)的研究可以應(yīng)用在生物傳感器中，主要涉及以下幾個(gè)方面：一是可以利用界面化學(xué)的仿生膜研究來擴(kuò)大電流響應(yīng)的寬容度，從而達(dá)到提高響應(yīng)電流的目的。二是可以利用非聚合方法讓糖脂結(jié)合到泡囊，從而形成可變色泡囊，這種界面化學(xué)應(yīng)用方法可以讓泡囊在遇到細(xì)菌時(shí)產(chǎn)生變色的情況，從而成為檢測(cè)細(xì)菌和病毒的全新手段。三是可以利用界面化學(xué)使生物體保持活性，從而制備出新型的仿生分子器件。

3.3.2研制超靈敏爆炸物探測(cè)儀

科學(xué)家在研究界面化學(xué)時(shí)發(fā)現(xiàn)電荷平衡可以使猝滅劑的銅離子靠近芘，并導(dǎo)致熒光猝滅。這一發(fā)現(xiàn)促使科學(xué)家提出了“二維溶液模型”和“連接臂層屏蔽效應(yīng)”的理論。之后，科學(xué)家利用界面化學(xué)的這一理論，研究出了選擇性好、靈敏度高的熒光傳感薄膜，他們將這種具有超級(jí)猝滅效應(yīng)的傳感薄膜組裝在玻璃的基質(zhì)表面，從而研制出高性能、便捷式、超靈敏的爆炸物探測(cè)儀。

3.4在微納米合成功能中的新運(yùn)用

材料的結(jié)構(gòu)和形貌可以在很大程度上決定材料的性能，而微納米材料在結(jié)構(gòu)和形貌上相較于其他材料具有更大的優(yōu)勢(shì)。因此，當(dāng)前材料科學(xué)領(lǐng)域?qū)⒓{米材料的控制合成作為一個(gè)重要的研究方向。而界面化學(xué)在微納米合成技術(shù)的研究方面有著重要的作用，尤其是為形貌可控的微納米材料合成提供了一條新的途徑。近年來，我國(guó)在該領(lǐng)域的研究也取得了一些進(jìn)展，齊利民、房喻等人在基于新型膠體模板的材料合成研究中獲得了一些新成果、新發(fā)現(xiàn)，在微納米材料合成領(lǐng)域引起了廣泛關(guān)注。

4　結(jié)　語

界面化學(xué)是研究界面上發(fā)生的物理化學(xué)過程，并分析其性質(zhì)變化，從而找出界面化學(xué)變化普遍規(guī)律的一門科學(xué)。研究界面化學(xué)，是要發(fā)現(xiàn)其內(nèi)在規(guī)律，并將界面化學(xué)規(guī)律運(yùn)用到工業(yè)生產(chǎn)和生活的各個(gè)領(lǐng)域中去，從而最大程度地深入這些領(lǐng)域，達(dá)到改進(jìn)工業(yè)技術(shù)、開拓新技術(shù)的目的。近年來，界面化學(xué)一直在眾多領(lǐng)域發(fā)揮自己的作用，而隨著原子力顯微鏡等先進(jìn)儀

器的相繼誕生，界面化學(xué)的研究也進(jìn)入了一個(gè)新的階段，在生物科學(xué)、環(huán)境科學(xué)、醫(yī)藥科學(xué)等領(lǐng)域起著更為重要的作用。

[1]朱成周,韓磊,董紹俊.基于功能性納米材料的新型電化學(xué)界面的構(gòu)筑以及相關(guān)應(yīng)用[J].電化學(xué)，2014,20(03):219-233.

[2]林源為,郭雪峰.石墨烯表界面化學(xué)修飾及其功能調(diào)控[J].化學(xué)學(xué)報(bào)，2014，72(03):277-288.

[3]張樹芹，路福綏，姜林.高嶺土界面電化學(xué)性能及其對(duì)重金屬的吸附研究[J].山東農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版)，2014，45(05):675-679.

Study on Theory of Interface Chemistry and Its Development Prospect

WU Guo-min

(Hubei Engineering College, Hubei Wuhan 432000, China)

The interface chemistry is not only a research on the physical processes and characteristics of the interface system, but also a deep study of its chemical processes and rules. At present, interface chemistry has been widely used in the field of biochemistry and environment, and has a very broad development prospects. Based on this, the research content of interface chemistry was introduced, such as the design and construction of a new type of ordered molecular assembly, the study of the chemical and orderly molecular membrane, and from the development of natural and special surface activator, a systematic explanation was made to the current theory of interface chemistry and its development prospect.

interfacial chemistry theory; development prospect; development trend; intrinsic rule

O648.1

B

1001-9677(2016)01-0029-03