多層響應(yīng)性涂料的超簡(jiǎn)單制備法 | 論文背后的靈感故事

相關(guān)研究以 One-step procedure for the preparation of functional polysaccharide/fatty acid multilayered coatings 為題發(fā)表在Communications Chemistry 期刊上

今天我們帶大家走近論文背后的故事，一起來(lái)聽(tīng)聽(tīng)來(lái)自柏林工業(yè)大學(xué)的Leonardo Chiappisi在尋找多層響應(yīng)性涂料的超簡(jiǎn)單制備法的過(guò)程中，是如何迸發(fā)出靈感并最終將想法化為現(xiàn)實(shí)。

這個(gè)研究的背后，其實(shí)是一段很長(zhǎng)的故事，幸運(yùn)、變化和失敗常伴我左右，最終的成果也離不開(kāi)優(yōu)秀的同事和儀器的支持。這一切都開(kāi)始于14年的2月份，于加州舉行的Gordon膠體，大分子和聚電解質(zhì)溶液研究會(huì)議上。過(guò)去五年的時(shí)光里，發(fā)生了太多的事。

回到2014年：我和這篇論文的第一作者Samantha Micciulla博士正在柏林工業(yè)大學(xué)從事我們的博士研究；我在研究由一種由表面活性劑和殼聚糖（一種從蝦和其他甲殼類動(dòng)物的殼中提取的陽(yáng)離子多糖）自組裝形成的結(jié)構(gòu)；而Samantha則在研究聚電解質(zhì)多層膜。只要研究過(guò)表面的朋友就會(huì)知道，表面的功能化過(guò)程是多么的冗長(zhǎng)和復(fù)雜，尤其是當(dāng)你需要制備多層納米結(jié)構(gòu)。但是我卻有數(shù)公斤的材料可以用。因?yàn)閷?duì)自發(fā)自組裝來(lái)說(shuō)最美妙的一點(diǎn)是，實(shí)驗(yàn)者唯一要做的事就是把聚合物以及表面活性劑溶液混合到一起。這兩個(gè)組分就會(huì)自己結(jié)合成精美復(fù)雜的結(jié)構(gòu)。相關(guān)的研究成果請(qǐng)參考引用1-3.

殼聚糖/脂肪酸衍生物體系中自組裝結(jié)構(gòu)的示意圖，更多詳情請(qǐng)看引用1-2在Gordon會(huì)議上，我端著一杯墨西哥啤酒，展示著我的墻報(bào)，討論著殼聚糖及脂肪酸衍生物形成的多層囊泡。我是這么形容的：這些聚合物的結(jié)構(gòu)“類似于逐層組裝，只不過(guò)是在溶液中”。電光火石間，我想到了Samantha的研究，冗長(zhǎng)的制備過(guò)程，一層接著一層的聚合物，而在我的研究中所有的組分都是“自食其力”。就這樣，利用殼聚糖和表面活性劑在多層納米結(jié)構(gòu)中的自組裝來(lái)制備功能涂層的想法就誕生了。

回到柏林后，我?guī)е鴿M腔的熱情，投入到了基于殼聚糖的多層涂層材料的制備當(dāng)中。但無(wú)情的現(xiàn)實(shí)是，除了一個(gè)模糊的概念外，我不知道該怎么做，我甚至不知道如何清理襯底（其實(shí)現(xiàn)在我也不怎么知道）。于是，我和Samantha通力合作，開(kāi)始嘗試將囊泡沉積在硅片上。前期使用的多種浸涂法都失敗了，我們轉(zhuǎn)而嘗試旋涂法。在硅襯底上通過(guò)旋涂多層囊泡溶液，形成了一個(gè)美麗而均勻的藍(lán)色薄膜。

在獲得博士學(xué)位后，我和Samantha都去了Laue-Langevin，一所位于法國(guó)阿爾卑斯山的中部的研究機(jī)構(gòu)。我們的研究方向依舊天差地別，但是在業(yè)余時(shí)間，我們?nèi)院狭ρ芯恐@個(gè)神奇的多層結(jié)構(gòu)。我們開(kāi)始對(duì)這個(gè)涂層進(jìn)行表征，然后意識(shí)到它對(duì)濕度相當(dāng)敏感。通過(guò)中子反射測(cè)量，我們找到了這個(gè)涂層是個(gè)有規(guī)律的分層結(jié)構(gòu)的證據(jù)。而第一個(gè)樣本明顯的布拉格峰則證明我們成功將多層結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)移到了襯底上，并保持了它的內(nèi)部結(jié)構(gòu)。特征豐富的反射率數(shù)據(jù)，又使我們花了兩年時(shí)間去分析，以獲得可靠的模型來(lái)代表我們的系統(tǒng)。經(jīng)過(guò)了一系列復(fù)雜的技術(shù)支持和重要的數(shù)據(jù)分析和闡述后，我們的研究終于可以投稿了。特別開(kāi)心的是，這篇文章很快就被Communications Chemistry接收了。

這個(gè)視頻中總結(jié)了背后的科學(xué)原理：多糖殼聚糖與帶相反電荷的改性脂肪酸在水溶液中自發(fā)形成多層囊泡。我們利用這種自組裝行為，通過(guò)非常簡(jiǎn)單的一步法制備出了多糖/脂肪酸多層涂層。

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