1、項目名稱：納米生物材料的合成、組裝及在生物醫學領域的應用首席科學家：李峻柏 國家納米科學中心起止年限：2009.1至2013.8依托部門：中國科學院一、研究內容擬解決的關鍵科學問題本項目研究的要緊關鍵科學問題是：通過模擬生物膜的結構與功能，利用分子組裝技術制備具有納米孔隙的生物材料，研究它們在生物體中的兼容性，作為藥物支架如何擔載和釋放藥物及在體外的穩定性，確定其作用機理和阻礙因素；探究組裝的生物材料在生物體中的狀態與排除功能，建立合成體系與生物體之間的聯系與作用機制，研究其代謝過程，具體地：通過模擬生物膜（生物相容的磷脂/蛋白質復合雙層囊泡）研究和揭示細胞膜和其它生物膜的精細結構、生物功能及

2、其相互關系；分子組裝，納米模板合成和氣/液界面相分離等組裝單元的結構特征、組裝過程、驅動力、阻礙因素和調控技術；處于這些組裝體中的生物活性物質的狀態和功能評價，它們與組裝體之間的相互作用和阻礙，尋求保持其生物活性的措施；這些具有生物功能的組裝體進入人體后的有益效果、作用機制、代謝過程和可能危害。考慮到各課題研究的具體對象、問題和目標不同，除上述共同的關鍵科學問題外，還各有其專門的科學和技術問題要解決：納米孔隙的藥物載體：構造生物兼容、生物降解的多功能化膠囊，包裹不同類型藥物的最佳方法及藥物的緩釋；生物界面化膠囊及包裹藥物膠囊的靶向釋放，不同的類型中空膠囊作為藥物和基因載體；智能化微膠囊的構造以

3、及可控性研究；負載藥物微膠囊的體外細胞試驗及動物試驗；多功能微膠囊用于藥物載體的包裹和釋放機理研究。紅血球替代物 聚合物/血紅蛋白納米膠束（膠囊）：官能化乳酸共聚物的設計與合成，保證在水環境中實現自組裝形成納米膠束或膠囊；引入含有易與血紅蛋白反應的官能團，保證反應不阻礙血紅蛋白中的血紅素活性中心；反應基團有足夠數量，保證組裝體中有足夠的血紅蛋白濃度；構筑聚合物/血紅蛋白納米膠束或膠囊的尺寸滿足實際要求；在化學鍵合和膠束化、膠囊化的過程中血紅蛋白不變性，血紅素結構和功能不受干擾。規則納米多孔薄膜及其生物功能：進展多層次多尺寸的“規則納米多孔薄膜”的可操縱備方法；制備可用于病菌群強力生殖、富集（、

4、分離和探測高靈敏度傳感器）的有序孔隙或中空結構功能材料；闡明此類材料與細菌群的生物作用原理。生物模板法合成新型納米生物醫用材料：以特定的客體基質（納米尺度生物相容無機介質和有機物質）在納米以至更精確的層次上忠實地復制從生物材料到生物組織和細胞等的生物物質的結構和形貌；并以此為基礎設計和開發穩定低毒副作用的具有高度選擇性的藥物運載、傳輸和釋放系統。要緊研究內容 為了解決上述科學和技術問題，本項目的要緊研究內容包括：運用分子組裝、生物模板合成與氣/液界面分離等技術，構筑納米尺度的膠束、膠囊、中空管和多孔薄膜等復合生物材料；研究這些納米生物材料的體外穩定性，生物毒性和體內可降解性；光敏性藥物的篩選及

5、以這些組裝體為載體的生物功能，探究它們在生物體中的行為與功能，特不研制開發新型表淺治療的新制劑和紅血球等替代材料。具體研究內容是：1.納米孔隙的藥物載體：1.1智能仿生膠囊的制備與調控本研究將在已有研究工作基礎上，利用各種不同的分子間弱相互作用如靜電、氫鍵、配位鍵、疏水作用、范德華力等，以納米到微米尺寸范圍的粒子作為模板，制備不同尺寸范圍可生物降解的微膠囊。通過操縱組裝的層數和改變組裝條件，如pH、溫度、離子強度等對囊壁的結構、形貌、滲透率、力學強度等重要參數進行精確操縱，實現對膠囊滲透性的調控。利用自沉積技術和環境調控開關特性將藥物選擇、高效的包埋到膠囊中，研究其包埋的效率和機理。通過組裝單

6、元的選擇，進展對外部條件（如光、電、磁、溫度等）敏感和響應的智能膠囊。對膠囊的生物界面進行化修飾和某些活性蛋白的包裹，研究膠囊的靶向和可控釋放，闡明藥物的釋放動力學與釋放機理。1.2 納米孔隙的藥物載體在光動力學療法中的應用利用組裝的中空膠囊可控的空隙結構以及智能化的特點，包埋疏水性光動力學療法 (PDT)藥物。調控中空膠囊的形狀、大小和滲透性，使得納米孔隙能夠包埋不同的藥物，同時藥物可不能從中逸出，然而足以使氧擴散出去。使得既能發揮殺滅腫瘤的作用，又可不能釋入血管，幸免其它包囊化方法所引起副作用。設計中空膠囊的表面性質，引入特異性識不單元，增強攻擊靶標的能力。解決目前光動力學療法在藥物的運輸

7、和釋放方面的困難。通過體外細胞培養與動物實驗，檢測膠囊作為藥物載體在生物體內的穩定性、生物相容性、可降解性，研究其被細胞攝取的效率和機理。調控中空膠囊或納米管尺寸，使得納米孔隙的藥物載體能避開網狀內皮系統 (RES)細胞的吞噬及破壞。紅血球替代物 聚合物/血紅蛋白納米膠束（膠囊）：2.1 設計和合成帶PEG鏈段并含有氨基、羧基或叁鍵等不同活性官能團的乳酸類兩嵌段或三嵌段共聚物，并在嵌段共聚物上鍵合血紅蛋白，測定血紅蛋白的含量，進行鍵合物的組裝，確保一個膠束或膠囊包括多個血紅蛋白，血紅蛋白處于有效愛護之中，又保持與外界水環境的緊密接觸。2.2考察組裝體中血紅蛋白的氧氣汲取和釋放功能，考察分子參數

8、和組裝條件對攜氧功能的阻礙，優化分子結構和組裝工藝。2.3通過體外和動物體內試驗，考察聚合物/血紅蛋白膠束（膠囊）的安全性、血液相容性和在血液環境中的穩定性，確定聚合物/血紅蛋白膠束（膠囊）的安全窗口、有效濃度范圍、循環滯留時刻、體內分布、代謝路徑等，推斷體內使用的可能性。規則納米多孔薄膜及其生物功能：3.1 依照傳統膠體與界面化學研究方法，研究納米尺度水溶性無機分子溶液的相行為、溶液有序聚攏體的形成、性質、結構及聚攏體結構的演變；探究這類新型聚攏體形成的驅動力和熱力學穩定的本質。3.2 具有磁性和對細菌響應的多金屬氧酸鹽如Mn2Bi2W20和表面活性劑相互作用、相行為及在水/空氣界面上“規則

9、納米多孔薄膜”的構筑。3.3 “規則納米多孔薄膜”的生物兼容性和生物降解性研究，確定其細菌群（如大腸桿菌群）的強力生殖的機理，制備細菌群高靈敏度傳感器（探測），獲得用于不同的細菌具有分辨和分離作用的規則納米結構多孔膜。生物模板法合成新型納米生物醫用材料：納米孔隙材料：在自然生物物質（如纖維素和硅藻等）內表面以納米級的精度沉積金屬氧化物薄膜（如二氧化硅、二氧化鈦等），以此薄膜為平臺進一步進行功能納米微粒及其他客體物質的組裝，通過選擇不同的客體物質以引進不同的功能。在生物物質表面沉積不同化學成分的有機（如聚合物）超薄膜或修飾以自組織單分子層，有效操縱其物理性質。納米孔隙藥物傳輸系統：將生物物質表面

10、精確沉積的客體物質薄膜或自組織分子單層用于吸附組裝生物大分子（如蛋白質、酶和核酸）或藥物分子。自然生物材料的高表面積將導致更多的生物和藥物分子被有效吸附，從而得到一種新型生物活性或藥物活性材料。該仿生生物/藥物系統作為生物傳感器將具有極高的靈敏度，作為給藥載體將具有理想的生物兼容性、穩定性和安全性。預期用于高靈敏度的疾病早期檢測和針對不同疾病的藥物傳輸和可控釋放，將具體用于細胞試驗和動物試驗。二、預期目標組織國內科研機構和“985工程”高等學校的科學家強強聯合，通過對項目的實施，實現以下總體目標：完善和進展構筑納米膠束、膠囊、中空管、多孔薄膜，以及生命/非生命物質多孔膜復合體的分子組裝、生物模

11、板合成和氣/液界面相分離等技術，制造新的起始材料和組裝單元，獲得組成、結構和功能各異的新的組裝體；認識上述各種組裝過程的分子本質，掌握組裝體結構、形態、尺寸和功能調控的關鍵技術；獲得有臨床有用價值的納米抗癌藥物新制劑、紅血球替代物血紅蛋白膠囊以及二維或三維的納米器件和系統。在取得一批有顯示度和有國際阻礙力的重要基礎研究成果的同時，培養一批能夠從事化學、物理、材料、生物與納米技術交叉學科領域研究的創新型復合人才，建立面向生物醫學應用的納米材料、納米器件和系統的研究基地，形成具有國際阻礙的研究團隊，使該領域的研究在國際上有一席之地。五年預期目標 利用各種不同的分子間弱相互作用及模板技術，構造生物兼

12、容、生物降解的多功能化的納米孔隙材料。通過操縱組裝的層數和組裝條件，對組裝的納米孔隙材料的結構、形貌、滲透率、力學強度等重要參數進行精確操縱。通過組裝單元的選擇，進展對外部條件（如光、電、磁、溫度等）敏感和響應的智能納米孔隙材料。優化組裝的多功能化納米孔隙材料包裹不同類型藥物的方法和途徑，獲得最佳包埋的效率。對組裝材料進行生物界面化修飾，實現包埋藥物的靶向運輸和可控釋放，完成納米孔隙材料的體外細胞試驗，闡明藥物的釋放動力學與釋放機理，建立并進展面向生物醫學應用的新型納米孔隙藥物載體。 設計并合成出帶有能與血紅蛋白反應的官能團的乳酸類嵌段共聚物，通過先鍵合后組裝或先組裝后鍵合等途徑，獲得血紅蛋白

13、處于內核/外殼界面附近的聚合物/血紅蛋白納米膠束或血紅蛋白處于內水相的聚合物/血紅蛋白納米膠囊。考察嵌段共聚物的分子參數和組裝條件對聚合物/血紅蛋白納米膠束或膠囊的氧氣結合和釋放功能的阻礙，優化聚合物結構和組裝工藝條件，獲得綜合性能優異的聚合物/血紅蛋白納米膠束或膠囊。建立血液評價技術平臺，完成聚合物/血紅蛋白納米膠束或膠囊的體外和動物試驗評價，對其在人體內使用的可能性做出推斷。 闡明納米尺度無機分子聚攏體形成的驅動力，進展多層次多尺度“規則納米多孔薄膜”的可操縱備方法，揭示其形成機制及膠體化學行為，闡明兩親性高分子和表面活性劑在其中的作用，確認此種制備方法的普適性，擴展可能使用的起始材料種類

14、，探究其在細菌、病毒探測（菌群探測靈敏度）、生殖和分離中的應用。 實現在納米層級的精度上以不同的客體基質（無機基質和有機、高分子基質）精確地復制自然物質的結構和形貌，系統建立達成該復制目標的化學及物理方法。完善在自然材料中固化生物大分子和藥物分子的方法以制備具生物活性和藥物活性的新型材料，構建有效的藥物傳輸系統。初步完成針對不同疾病和創傷（如皮膚癌變、外傷等）的藥物釋放體系的設計和測試。本項目研究過程中，將在國內外權威或重要刊物上發表論文220篇左右，申請專利40項左右。培養一批從事納米生物材料材料研究的人才，包括60名左右博士后、博士和碩士。三、研究方案4.1學術思想：通過模擬生物體中生物分

15、子的結構與功能，利用合成手段和組裝技術制備一系列納米生物材料，研究它們在生物體中的兼容性，作為藥物支架如何擔載和釋放藥物及在體外的穩定性，確定其作用機理和阻礙因素；探究組裝的生物材料在生物體中的狀態與排除功能，建立合成體系與生物體之間的聯系、作用機制和代謝過程。4.2技術途徑：本研究的技術途徑為：通過分析總結納米生物材料的合成、組裝及在生物醫學領域的應用的關鍵共性技術問題，提煉其中涵蓋的關鍵科學問題；對科學問題分解開展研究，建立高性能納米生物材料的設計制備理論基礎和關鍵技術研究平臺。4.3項目的創新點：基于自主設計和合成的起始材料，利用已知的和自己創建的納米組裝方法，實現從有機分子到無機分子，

16、從小分子到高分子，從無生命體到有生命體的組裝，組裝體具有從零維到三維的結構，具有所需要的生物醫用功能，這是本項目的差不多創新點。各課題的創新點概括如下：利用自組裝和層層組裝技術，選用不同的組裝單元與模板，制備新型的智能化納米孔隙支架材料。特不是利用生物分子間的專門相互作用和自組裝功能，通過組裝條件的變化，獲得不同結構和功能的納米孔隙結構，實現納米孔隙材料在藥物的包埋、運輸與釋放等生物醫學領域的應用。將血紅蛋白共價鍵合在兩親性可生物降解高分子上，進而組裝成模擬紅血球的血紅蛋白/聚合物膠束或膠囊，血紅蛋白得到有效愛護，類似紅血球的微環境保證了氧氣交換的高效率。使用click反應等和氣高效的偶聯方式

17、，有效幸免了蛋白質分子在高溫、有機溶劑等苛刻條件下的失活，保證了反應的專一性。與現有“紅血球修飾法”相比，化學鍵合的血紅蛋白穩定性好，不發生單個血紅蛋白分子的滲漏，從而減輕了腎臟、肝臟負擔，幸免了血壓增高。與脂質體膠囊相比，聚合物膠束或膠囊的力學強度高，穩定性好，在血液循環的條件下，破損少，壽命長。提出新理論解釋納米尺度無機分子的自聚攏現象；發覺新穎復合有序聚攏體的形成規律；揭示在水/空氣界面通過相分離形成“規則納米多孔薄膜”的普適性，探尋該薄膜在細菌探測、培育和分離中的應用。以納米層級的精度以客體基質（無機的和有機的）精確修飾和復制自然物質材料，最大限度的把自然材料的優異性能（如其多孔隙結構

18、和高內表面積）引入到人造材料中；進而以自然生物物質為支架和平臺進行生物分子和藥物分子的組裝和搭載，建立新型高效低毒的藥物搭載、傳輸和釋放系統。4.4本項目的特色依照國際納米科技進展的趨勢，面向國家進展納米生物技術的重大戰略需求，從納米材料和納米孔隙的差不多科學問題動身，在研究團隊多年合作的基礎上，在納米生物材料研究領域中形成由我國帶頭、源頭創新的研究方向，在國際面向納米材料和納米孔隙的生物醫學應用研究領域占有一席之地，實現納米材料和納米孔隙在構建智能材料體系、高靈敏度生物檢測等領域的應用。研究內容覆蓋了物理、生物、化學、材料、納米技術等學科，體現了多學科交叉融合、理論與實驗研究緊密結合的特色。

19、研究團隊包括了項目所需學科領域的國內科研究機構和“985工程”高等院校四家優勢單位：學科包括化學（國家納米中心和山東大學），生物醫學（山東大學醫學院），高分子（浙江大學和中國科學院長春應用化學研究所），研究隊伍以年輕骨干為主，體現優勢互補和強強聯合，研究起點高。4.5取得重大突破的可行性分析：本項目基于國內優勢科研機構和高等學校長期合作的研究團隊在此領域已有的研究基礎，如差不多合成了生物兼容的納米尺度的無機分子，并對其差不多的物理化學性質進行了測定。利用相轉移技術在水/空氣界面上制備尺度可控、重現性好和力學強度高的規則多孔膜的方法，在國際學術期刊發表了一些高水平的時期性研究結果，這些都為項目的

20、實施提供了基礎。另外由于各承擔單位之間優勢互補與強強聯合，從多種角度和多個層次上開展聯合攻關，因而在這一領域具有取得創新性突破的可行性，具體如下：研究目標明確，研究內容具體可行: 本項目緊緊抓住納米科學和技術的差不多和核心的問題，即起始材料、組裝技術、組裝體結構和功能，突出了生物醫用的目標，研究內容通過多個學科研究人員的充分討論形成，不僅結合了項目組成員前期的研究積存，也包含項目組成員的原創性研究思想。堅實的研究基礎：項目組包括了國內最早開展納米組裝、納米材料及其生物醫學應用的幾個單位，在材料設計與合成、組裝過程及調控、組裝體結構功能表征等方面具有較深厚的積存，取得了一批重要的前期成果，差不多

21、在國內外產生了較大的阻礙。實驗設施齊全的實驗平臺：項目組依托于國家納米科學中心。要緊承擔單位山東大學膠體與界面化學教育部重點實驗室、浙江大學國家理/工科基礎研究和教學人才培養基地、長春應用化學所高分子物理與化學國家重點實驗室和國家電化學與光譜研究與分析中心，擁有本項目研究所需要的實驗室和各種大型設施，如：透射電鏡、原子力顯微鏡、單分子熒光顯微鏡、紅外光譜、拉曼光譜、核磁共振、共聚焦熒光顯微鏡、生物質譜、X射線衍射儀、圓二色光譜儀，以及細胞生物學和小動物活體成像設備等。高水平的研究隊伍和長期的合作基礎：本項目擁有一支包括中科院院士、國家杰出青年基金獲得者、中科院百人打算等來自不同學科，特不是來自

22、優勢的科研究機構和高等學校的學術帶頭人組成的研究團隊；團隊成員之間具有長期合作經歷，差不多開展了與本項目相關的合作研究，取得了一些創新成果，可確保項目順利實施。4.6課題設置課題1 納米孔隙的藥物支架承擔單位：國家納米科學中心負責人：李峻柏 研究員要緊學術骨干：王琛 研究員，鄭利強 教授，張暉副研究員。經費比例：32% 研究目標：以自組裝和層層組裝技術為基礎，選用不同的組裝單元與模板，制備新型的智能化納米孔隙支架材料，用于藥物的包埋、運輸與釋放，為疾病的治療提供一種新型材料。要緊研究內容：利用各種不同的分子間弱相互作用如靜電、氫鍵、配位鍵、疏水作用、范德華力等，以納米到微米尺寸范圍的粒子或多孔

23、膜作為模板，制備不同尺寸范圍可生物降解的納米孔隙材料。通過操縱組裝的層數和改變組裝條件，如pH、溫度、離子強度等對其結構、形貌、滲透率、力學強度等重要參數進行精確操縱。利用自沉積技術和環境調控開關特性將藥物選擇、高效的包埋到膠囊中，研究其包埋的效率和機理。通過組裝單元的選擇，進展對外部條件（如光、電、磁、溫度等）敏感和響應的智能膠囊。對膠囊的生物界面化修飾和某些活性蛋白的包裹，研究膠囊的靶向和可控釋放，闡明藥物的釋放動力學與釋放機理。課題2. 紅血球替代物 聚合物/血紅蛋白膠束（膠囊）承擔單位：中國科學院長春應用化學研究所負責人：景遐斌 研究員要緊學術骨干：汪爾康 院士；黃宇彬 研究員經費比例

24、：20 %研究目標：以血紅蛋白為活性基元，以雙親性乳酸類聚合物為載體材料，構筑模擬紅血球的聚合物/紅蛋白納米膠束或膠囊，作為紅血球的替代物，用于人工血液，最終達到臨床使用的水平。要緊研究內容：設計和合成帶PEG鏈段并含有氨基、羧基或叁鍵等不同活性官能團的乳酸類兩嵌段或三嵌段共聚物，并在嵌段共聚物上上鍵合血紅蛋白，測定血紅蛋白的含量，進行鍵合物的組裝，確保一個膠束或膠囊包括多個血紅蛋白，血紅蛋白處于有效愛護之中，又保持與外界水環境的緊密接觸。考察組裝體中血紅蛋白的氧氣汲取和釋放功能，考察分子參數和組裝條件對攜氧功能的阻礙，優化分子結構和組裝工藝。通過體外和動物體內試驗，考察聚合物/血紅蛋白膠束或

25、膠囊的安全性、血液相容性和在血液環境中的穩定性，確定聚合物/血紅蛋白膠束或膠囊的安全窗口、有效濃度范圍、循環滯留時刻、體內分布、代謝路徑等，推斷體內使用的可能性。課題3 規則納米多孔薄膜及其生物功能承擔單位：山東大學負責人：郝京誠 教授要緊學術骨干：薛群基 研究員，趙顯 教授，孫德軍教授，王凱 主任醫師經費比例：26 %研究目標：制備基于納米尺寸的高水溶性無機分子/兩親分子生物兼容性的復合多孔材料，探尋規則納米多孔薄膜對大腸桿菌群和其它病菌群有專門的相互作用機理。要緊研究內容：研究納米尺度高水溶性無機分子溶液的相行為、聚攏體的形成、性質、結構及聚攏體結構的演變，探究這類新型聚攏體形成的驅動力和

26、熱力學穩定的本質；研究具有磁性和生物相容性的多金屬氧酸鹽如EuW10或者具有光學性質的多金屬氧酸鹽如Mn2Bi2W20與疏水高分子和表面活性劑的相互作用、相行為、相轉移及在氣/水界面構建規則納米多孔薄膜；探尋規則納米多孔薄膜對大腸桿菌群和其它病菌群有專門的相互作用機理，具體而言：1）規則納米結構多孔膜對受污染的水細菌群（大腸桿菌和其它細菌群）的吸附(富集)；2) 細菌群生殖能力觀看；3）制作細菌探測的高靈敏度傳感器；4) 實現對不同的細菌群的分辨和分離。課題4 生物模板設計合成新型納米材料承擔單位：浙江大學負責人：黃建國 教授要緊學術骨干：黃飛鶴 教授, 苑世領 教授，蔣宏亮 副教授，姚加 副

27、教授經費比例：22% 研究目標：建立以自然生物物質為模板和支架構建的納米孔隙結構體系，進展自然材料中固化生物大分子和藥物分子的方法，構建基于生物模板的藥物搭載和傳輸系統。要緊研究內容：實現在納米尺度上以不同的客體基質（無機、有機和高分子基質）精確地復制自然物質的結構和形貌，系統完成復制的化學及物理方法；并以自然物質為平臺對生物大分子和藥物分子進行組裝，以自然材料做為載藥支架構建新型藥物傳輸系統。通過組裝在自然物質模板/支架上的特定分子和病灶組織間的選擇性作用實現藥物的定向輸送，由操縱離子強度、酸堿度和溫度等達成藥物成分的可控釋放，系統研究其機理并初步完成細胞和動物試驗。4.7課題間的關系本項目

28、集中了國內在納米生物材料研究領域的要緊優勢單位，組成了跨學科的研究隊伍，包括國家納米科學中心、中國科學院長春應用化學研究所、浙江大學和山東大學。這些單位和實驗室的研究基礎和條件各具特色，形成了完整的研究隊伍，其研究領域涵蓋本項目涉及的多個學科，互補優勢強，具有承擔和完成國家重大研究項目如973、863等的豐富經驗，能夠保證本項目的順利實施。本項目的4個課題之間的關系如圖所示，4個課題首先瞄準科學問題1和2開展研究工作。即（1）通過模擬生物膜（生物相容的磷脂/蛋白質復合雙層囊泡）研究和揭示細胞膜和其它生物膜的精細結構、生物功能及其相互關系；（2）分子組裝，納米模板合成和氣/液界面相分離等組裝單元

29、的結構特征、組裝過程、驅動力、阻礙因素和調控技術。這兩個關鍵科學問題的解決為后面兩個關鍵科學問題提供了解決的保障。即（3）處于這些組裝體中的生物活性物質的狀態和功能評價，它們與組裝體之間的相互作用和阻礙，尋求保持其生物活性的措施；（4）這些具有生物功能的組裝體進入人體后的有益效果、作用機制、代謝過程和可能危害。課題之間的關聯性四、年度打算年度研究內容預期目標第一年利用自組裝和層層組裝技術，以膠體粒子或多孔濾膜為模板，制備中空結構的仿生微膠囊和中空納米管，進一步利用不同的磷脂對組裝材料進行表面修飾，實現仿生材料的生物界面化。設計和合成一系列不同序列、不同結構特點的多肽分子如陽離子、陰離子、表面活

30、性劑型或者芳香型結構。含有可反應官能團的乳酸共聚物的合成和表征。進行嵌段聚合物自組裝，并在組裝體上鍵合血紅蛋白。建立載體聚合物、鍵合物和聚合物/血紅蛋白組裝體的表征方法，進行樣品的分析和表征。建立膠束溶液氧氣交換能力實驗方法。通過對自然纖維素物質（濾紙、棉花等）進行烷基鏈分子表面修飾以制備超疏水材料和自清潔材料，并測試其結構性質和功能。對自然纖維素物質結構表面組裝含氨基、巰基等的分子，設計和制備可探測和選擇性吸附重金屬離子（如銅、汞、鎳等）的納米材料，并測試其分離性能。依照傳統膠體與界面化學研究方法，研究納米尺度水溶性無機分子溶液的相行為、溶液中有序聚攏體的形成、性質、結構及聚攏體結構的演變；

31、探究這類新型聚攏體形成的驅動力和熱力學穩定的本質。深入研究具有C60籠球狀和輪式框架結構的多Mo含氧酸鹽聚合物在水中的相行為；在保證樣品溶液極為純凈的基礎上(Dust-free)，利用動態激光光散射技術 (DLS) 和靜態激光光散射 (SLS), 測定自聚攏體的特性參數如自聚攏體的分子量( )、聚攏數（N）、旋轉半徑 、動力學半徑 和第二維利系數等，并結合其它現代技術手段如FF-TEM確定具有C60球狀結構和輪式結構的多Mo含氧酸鹽聚合物在水相中聚攏體結構，并跟蹤聚攏體演變和演變過程。利用Zeta電位儀測定納米尺度無機離子溶液的電化學性質，確定單個無機離子和聚攏體的表面凈表面電荷 ( )。建立

32、生物兼容性納米膠囊、納米管的制備技術，掌握對上述納米材料的尺寸、形態、組成、壁厚、均一性等性質進行精確的操控技術。獲得510種生物兼容的、滲透性可控、穩定性良好的聚電解質微膠囊以及納米管合成得到一系列不同序列、不同結構特點的多肽分子如陽離子、陰離子、表面活性劑型或者芳香型結構。獲得1種含有可反應官能團并適合“先組裝后鍵合”的三嵌段共聚物。完成上述嵌段共聚物的“先組裝后鍵合”，預期膠束直徑50-120 nm，血紅蛋白含量20-40%。完成上述嵌段共聚物嵌段長度的測定，純聚合物膠束形態和直徑的測定，聚合物/血紅蛋白膠束形態和直徑的測定， 膠束中血紅蛋白含量的測定。搭建“氧氣交換能力”實驗裝置，達到

33、對氧分壓的精確操縱和對血紅素氧化狀態的實時檢測或快速檢測。制備得到具有超疏水性能（接觸角大于160）的纖維素體相材料。實現對重金屬離子在極稀水溶液中的檢測和分離（約 10 ppm 水溶液分離效率大于 50%）。合成得到下面兩類框架結構的多Mo含氧酸鹽純凈產品，研究差不多性質如UV-vis、溶液電導測定和臨界聚攏濃度(critical aggregation concentration, CAC)。1) 具有C60籠狀框架結構的兩種多Mo含氧酸鹽：(a) (b) ，,2) 具有輪狀框架結構的兩種多Mo含氧酸鹽：(a) ; (b)申報專利3項；發表時期性研究論文23篇，其中IF3的13篇。第二年選

34、擇具有專門生物功能組裝單元，組裝不同有序結構和特定功能的仿細胞結構，如中空囊泡和微膠囊、納米管。運用各種顯微鏡和光譜技術對上述組裝結構進行表征。研究不同種類多肽分子的分子自組裝行為，構造多肽有序納米結構，開展物理化學性質的表征以及制備條件的優化合成含有可反應官能團的乳酸共聚物的合成和表征。上述聚合物與血紅蛋白的鍵合反應。聚合物/血紅蛋白鍵合物的自組裝。上述聚合物/血紅蛋白組裝體的結構表征和性能檢測。“人造血液”差不多配方研究“人造血液”實驗室評價方法的建立。設計和制備基于自然生物物質的人工高分子材料，如 PPy和PANI等，由之構筑氣體傳感器；完成多孔聚合物材料的制備和結構表征。對自然纖維素物

35、質和其他自然材料進行表面生物大分子和藥物分子修飾。在濾紙或棉花纖維表面固化蛋白質、單鏈 DNA 分子和藥物分子，詳細表征該分子層結構，研究其分子識不性質。測試該材料作為生物傳感器的性能。 系統考察國內外有關研究進展，調整研究打算。具有磁性和對細菌響應的多金屬氧酸鹽如Mn2Bi2W20和表面活性劑相互作用、相行為及在水/空氣界面上構筑有序復合多孔薄膜的相關性質研究，探究規則納米多孔薄膜的微分相構筑技術。獲得表面具有專門生物功能的納米材料，例如將活性分子馬達，活性蛋白組裝到納米材料表面，得到具有生物活性的納米材料。獲得尺寸形態可控的肽基納米材料，通過對生物分子自組裝行為的研究，在某種程度上達到對自

36、組裝生物材料形態的可預見性。獲得1-2種含有可反應官能團并適合“先鍵合后組裝”的三嵌段共聚物。完成上述聚合物與血紅蛋白的鍵合，預期血紅蛋白含量30-50%。完成上述鍵合物的自組裝，預期獲得納米膠束，直徑100-200 nm， 血紅蛋白處于膠束中間層。調整聚合物分子參數和組裝條件，爭取獲得“囊泡型”組裝體，直徑1-2 m。弄清聚合物/血紅蛋白膠束（膠囊）含量對pH、粘度、滲透壓等的阻礙，確定“人造血液”的差不多配方。建立和完善與“人造血液”相關的實驗室表征和測試方法，如氧氣親和度，氧氣結合性能，一氧化碳還原性能，在血液中的壽命等。建立制備生物模板多孔高分子納米材料的方法。建立在自然物質框架內固化

37、生物大分子和藥物分子的方法；解決固化后保持其生物和藥物活性的問題。檸檬狀大分子簇Mo368 與單長鏈陽離子表面活性劑復配體系；Mn2Bi2W20與疏水陽離子表面活性劑混合體系相行為，空氣/水界面上構筑蜂窩狀膜，形貌表征和磁性質研究；申報專利6項，發表時期性研究論文35篇，其中IF3的20篇。第三年將上述制備的多孔性納米生物材料作為藥物載體，利用不同的物理化學方法以及環境調控開關特性包埋不同藥物，研究其包埋效率和機理。氨基酸/乳酸/聚乙二醇嵌段共聚物的合成和表征。上述嵌段共聚物的自組裝及組裝條件優化。上述嵌段共聚物與血紅蛋白的混合組裝。純血紅蛋白與聚合物/血紅蛋白鍵合物的混合組裝。上述聚合物/血

38、紅蛋白組裝體的結構表征和性能檢測。以生物物質為模板和框架合成生物降解高分子材料；設計基于生物模板的藥物搭載系統。以自然纖維素物質(濾紙、棉花等)和硅藻等為模板制備金屬氧化物納米管(二氧化鈦、二氧化錫、氧化銦錫等)和功能納米微粒(金屬鈀、鉑、四氧化三鐵、碲化鎘等)的復合材料；對其進行詳細的結構和形貌表征；測試其有關催化、光電和磁性質。以上述有關復合納米材料為基礎構建光電池系統。多層次多尺度規則納米多孔薄膜的可操縱備方法以磁性多金屬氧酸鹽如Mn2Bi2W20、光學性質的多金屬氧酸鹽如EuW10和表面活性劑相互作用為主線，研究納米無機鹽與兩親分子的相行為、水相-油相相轉移行為，制備有序多孔納米薄膜建

39、立幾種生物兼容性納米材料載藥制備技術、包封藥物工藝的質量操縱標準和質量操縱體系。獲得系列雙親性嵌段共聚物，如PLL-b-PPA，PLL-b-PLA，PEG-b-PLA，PLL-b-PLA-b-PEG。完成上述聚合物的自組裝研究，找到形成納米囊泡的條件。完成上述聚合物與血紅蛋白的混合組裝，預期形成囊泡組裝體，外徑1-2 m，血紅蛋白含量40-60%。在前一年獲得可形成囊泡聚攏體的聚合物/血紅蛋白鍵合物的基礎上，完成純血紅蛋白與聚合物/血紅蛋白鍵合物的混合組裝，預期形成囊泡型組裝體，外徑1-2 m，血紅蛋白含量50-80%。完成上述組裝體的結構和差不多性能表征。結合生物模板可降解高分子材料初步完成藥物載體體系的設計。完善生物模板類無機功能納米材料合成的普適方法，實現其在器件領域的應用。闡明納米尺度無機結構材料的相行為與界面薄膜多孔材料構筑關系，提出制備有序多孔納米材料薄膜的設計原理。申報專利7件，發表時期性論文40篇，其中IF3的25篇。第四年接著優化納米載藥體系的制備工藝，并對藥物載體進行表面修飾，使之具有細胞親和基團。以抗癌藥物竹紅菌素為例，開展納米載藥系統光動力微創治療劑體外與腫瘤細胞及腫瘤血管內皮細胞相互作用的研究。綜合分析前3年結果，選擇1-2個品種，合