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近日，山東大學化學與化工學院特種功能聚集體材料教育部重點實驗室朱慶增教授課題組在光響應聚硅氧烷材料領域取得了重要研究進展和技術成果。他們設計合成了一系列具有光響應性能的硅烷，進一步制備了具有光響應性的聚硅氧烷功能材料，實現了對目標分子的精準控制釋放和蛋白質分子的表面微圖案化，該系列材料和技術方法在生物芯片和組織工程等領域中具有重要應用價值。相關研究成果以Photoresponsive Bridged Polysilsesquioxanes for Protein Immobilization/Controlled Release and Micropatterns為題發(fā)表在ACS Applied Materials & Interfaces（IF=9.229, DOI: 10.1021/acsami.1c10542）、Precise Controlled Target Molecule Release through Light-Triggered Charge Reversal Bridged Polysilsesquioxane Nanoparticles為題發(fā)表在Polymers（IF=4.329, DOI: 10.3390/polym13152392）和以“光響應聚倍半硅氧烷納米載體及其光控藥物釋放性能”為題發(fā)表在《科學通報》（DOI: 10.1360/TB-2020-1467），獲得4件授權中國發(fā)明專利(CN110540549B, CN111494340B, CN112011055B和 CN112047974B）。以上成果的第一作者是博士生張鑫，通訊作者為朱慶增教授，山東大學為獨立通訊單位。

有機硅材料基本結構單元是硅－氧鏈節(jié)，同時帶有有機基團，這種特殊的組成和分子結構使它集有機物的特性與無機物的功能于一身，具有許多突出的性能和應用優(yōu)勢，如優(yōu)異耐高低溫性能、生理惰性、耐候性和耐老化性等，是新材料界獨樹一幟的重要體系，在一些特殊應用環(huán)境中具有不可替代作用，拓展該類材料在分子運輸和蛋白質芯片等新技術領域中的應用具有科學意義和重大應用價值。朱慶增教授團隊設計合成了一系列光響應性橋聯硅烷，制備了新型光調電荷變換的有機硅功能材料，用于構筑蛋白質微圖案。在光照下，有機硅材料表面會發(fā)生電荷性質的變化，從而實現了光控蛋白質的固定與釋放，精確形成蛋白質微圖案。通過時空調節(jié)照射參數，蛋白質的濃度、位置和微圖案的形狀大小被精準控制，該光調電荷變換的材料被首次應用于蛋白質微圖案化，在生物芯片、細胞固載、抗菌涂層等生物醫(yī)學領域中有重要應用前景。

有機硅材料是生物分子的優(yōu)良載體，團隊還研發(fā)了一種可精確控制目標分子釋放行為的光響應性可控釋放體系，通過簡單便捷的光刺激方法和溫和的靜電相互作用，實現目標分子的精確可控釋放。該體系以設計合成的具有光觸發(fā)電荷反轉性能的橋聯聚倍半硅氧烷納米粒子為載體，通過調整光照射強度、照射時間和On/Off模式，對目標分子的釋放位置、釋放時間，尤其是釋放量，可實現多維度的精確調控。該該類材料和技術方法可用于食品添加劑、染料、化妝品、農藥、紫外線吸收劑和藥物等目標分子的運輸和釋放。

朱慶增教授課題組主要從事高分子化學與物理科學、有機硅/高性能聚合物/生物高分子材料研究，注重高分子材料在應用和加工過程中的理論與技術研究。近年來，課題組承擔了包括“薄壁***橡膠研究”等七項國家級項目，“生物法1,3-丙二醇生產高分子量聚對苯二甲酸丙二醇(PTT)纖維樹脂關鍵技術研究”等山東省自主創(chuàng)新重大專項二項，山東省科技發(fā)展計劃和省自然科學基金及濟南市自主創(chuàng)新項目等項目九項，橫向項目十六項，參與美國波音公司 (Boeing) 和德國漢高公司 (Henkel) 的國際合作項目。在ACS Appl. Mater. Inter.、Macromol. Rapid Commn.、Polymer、Eur. Polym. J、Langmuir、Chem. Eur. J 等國際學術期刊上發(fā)表學術論文76篇，合著《有機硅高分子及其應用》(2004)，獲得授權中國發(fā)明專利20件，鑒定驗收成果5項，產業(yè)化項目2項。

上述系列研究工作得到了山東省重點研發(fā)計劃、 山東省重點扶持區(qū)域引進急需緊缺人才項目、中央高?；究蒲袠I(yè)務費專項資金和濰坊鳶都產業(yè)領軍人才計劃的資助。

相關鏈接：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsami.1c10542

https://www.mdpi.com/2073-4360/13/15/2392

https://www.sciengine.com/publisher/scp/journal/CSB/66/14/10.1360/TB-2020-1467