界面化學理論及發展前景研究

吳國民

(湖北工程學院，湖北　武漢　432000)

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界面化學理論及發展前景研究

吳國民

(湖北工程學院，湖北武漢432000)

界面化學不僅對界面體系的物理過程和特征進行一定的研究，同時也深入研究其化學過程和規律。目前，界面化學在生物化學和環境領域有著廣泛的運用，并且有著十分廣闊的發展前景。基于此，本文先是介紹了界面化學的研究內容，如設計和構建新型的有序分子組合體、研究界面化學有序分子膜，然后從研制天然與特種表面活化劑等方面對當前的界面化學理論及其發展前景做了一個系統的闡釋。

界面化學理論；發展前景；發展趨勢；內在規律

近年來，我國科技領域發展迅速，在仿生學、生物醫藥和功能材料學科方面有著突出的表現，而這些學科和界面化學都有著密切的聯系。界面化學是一門研究界面現象和膠體分散體系的科學，它滲透到國民經濟的方方面面，對國家的經濟發展有著重要的作用[1]。本文將簡要介紹界面化學近10年以來的成就，并重點介紹界面化學理論研究的新思路和新前景，給界面化學的發展前景和趨勢做更為全面的分析。

1　界面化學理論簡介

對于中國而言，界面化學是一門十分年輕的學科。自1982年后，界面化學才在中國得到長足的發展。而隨著中國科技的日益發達，尤其是近10年，我國的界面化學發展更為迅速。著名化學家傅鷹院士對界面吸附理論的研究更是在國際上達到了極高的水平，這也使得傅鷹院士成為我國界面化學研究的主要奠基人。隨后，科學家趙國璽對表面活化劑進行了深入的研究，從而為混合表面活化劑體系做出了巨大的貢獻。在這之后，科學家顧惕人和周祖康等也積極研究界面化學，為中國界面科學領域做出了極大的貢獻，這些化學家的不懈努力使得中國的界面化學理論達到了新的高度。

近年來，隨著中國科技的不斷發展，界面化學的研究內容也在不斷完善和更新，界面化學的應用前景也變得更為廣闊[2-3]。當前界面化學的應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儀的研究，以及在醫藥載體制備方面的廣泛應用等。在界面化學的研究過程中，研究人員對界面化學的研究目的也有了更為清晰的界定，如何在現有的研究基礎上，構建出結構更為豐富、功能更為多樣的聚集結構，已經成為界面化學研究的重要方向和目標。

2　界面化學的主要研究內容

2.1設計和構建新型的有序分子組合體

在界面化學領域的研究中，設計和構建新型的有序分子組合體是極為重要的一項內容。這些有序分子組合體是研究各種生物膜的最佳模擬模型，對探究生命的起源、奧秘及生物學研究有著重要的作用，因此，長期以來，界面化學有序分子組合體一直是國際眾多科學家研究的熱點。設計和構建新型的有序分子結構體主要涉及以下幾個研究方向：

一是構筑和應用一維有序組合體。這項研究內容一直是界面化學領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，有科學家在進行一維有序組合體研究時發現，可以在膽酸鹽衍生物和鈣離子的自組裝體系中觀察到穩定存在的一維右手螺旋結構，而這種現象同樣在多種離子體系中存在，這一發現促使科學家們最終研究出納米螺旋體系。

二是組裝和應用仿生微膠囊。目前，仿生微膠囊的組裝和應用是界面化學的新研究方向。這是因為仿生微膠囊結構的尺寸、壁厚和形狀都具有良好的穩定性和可控性，并且囊壁還易于進行功能性的修飾。目前，科學家通過對界面化學有序分子體的研究，已經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，在布洛芬的藥晶上交替組裝磷脂DMPA微膠囊和血清蛋白。這一內容的研究使得生物領域的研究更進一步，在未來，微膠囊甚至有可能發展為功能化藥物載體。

三是構建和應用刺激響應性小分子凝膠。小分子凝膠具有“小刺激、大響應”的性質特點，在生物、材料制備和農業領域有著廣闊的發展前景。近幾年來，科學家們在刺激響應性小分子凝膠領域展開了積極的研究，也取得了一些先進的成果。例如我國科學家房喻在研究小分子領域時，以二茂鐵為基礎設計小分子凝結劑，得到了具有多重刺激響應性的超級膠凝性凝膠，這一研究發現使得我國的界面化學研究有了更進一步的發展。

2.2研究界面化學有序分子膜

界面化學有序分子膜在光學、化學和生物仿生學都有極為廣闊的應用前景，目前，我國在光學傳感器和生物仿生模擬領域都取得了杰出的成就。研究人員在研究界面化學有序分子膜時，構筑出界面手性組裝體。手性是自然界的普遍現象，對材料科學和制藥有著重要的作用。因此，當前科學家們對分子以上層次的手性問題越發熱衷，界面手性組合體研究越來越受到科學家的重視。在中國，科學家劉鳴華研究界面化學有序分子膜時發現，非手性的兩性分子可以形成具有超分子手性的組裝體，這一發現給生命科學和材料科學領域的研究帶來了新的突破。

2.3可控合成聚苯胺多級結構形貌

可控合成聚苯胺多級結構及其應用是目前導電電子領域最熱門的研究重點，并且在國際范圍內已經有許多突出的成果。例如，科學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超結構；在聚苯胺衍生物結構調控的基礎上，把聚苯胺衍生物應用到貴金屬的納米催化區域等等。這些研究成果給潤滑材料的制備提供了重要的條件，從而為航天航空領域做出了一定的貢獻。

3　界面化學的應用前景

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，它具有雙親結構，是生物體細胞的重要組成部分之一。被水分散時，卵磷脂會形成一種具有穩定二分子膜結構的脂肪小體，這些脂肪小體可以強化對皮膚的保濕作用，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，作為化妝品原料對皮膚起到潤滑作用。而隨著界面化學研究的深入，精制技術迅猛發展，人們對卵磷脂也有了更為清晰的認識和研究。目前許多國家已經開發出使用性好、親水性強的氫化卵磷脂和溶血卵磷脂。

3.1.2植物性肽的應用

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

3.1.3氨基酸衍生體的應用

目前被廣泛應用的洗凈劑有很多，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，對皮膚的刺激性也更小。可見，界面化學在研制天然和特種表面活化劑方面有著廣闊的應用前景。

3.2在藥物載體制備中的應用

目前，在藥物載體制備和兩親性高分子聚集體構建領域，將新型兩親性高分子聚集體進行化學修飾，以達到接枝配體，實現主動靶向功能是主流的研究方向。而國內研究人員在這一方向上也取得了突出的成績：一方面，研究人員設計合成了兩親性聚酯，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，是藥物載體制備領域最具有潛力的生物材料。另一方面，研究者通過對界面化學中表面活性劑的有序分子的研究，給藥物的構建和調控提供了良好的介質，這在生物化學領域具有巨大的發展潛力。

3.3在醫藥領域發揮新作用

近年來，界面化學吸引了眾多科學家的關注和研究，這一新的科學領域也成為了國際研究熱點，現在界面化學不僅應用到日常生活方面，在醫藥領域同樣發揮著重要的作用，具體如下：

3.3.1運用在生物傳感器

界面化學的研究可以應用在生物傳感器中，主要涉及以下幾個方面：一是可以利用界面化學的仿生膜研究來擴大電流響應的寬容度，從而達到提高響應電流的目的。二是可以利用非聚合方法讓糖脂結合到泡囊，從而形成可變色泡囊，這種界面化學應用方法可以讓泡囊在遇到細菌時產生變色的情況，從而成為檢測細菌和病毒的全新手段。三是可以利用界面化學使生物體保持活性，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儀

科學家在研究界面化學時發現電荷平衡可以使猝滅劑的銅離子靠近芘，并導致熒光猝滅。這一發現促使科學家提出了“二維溶液模型”和“連接臂層屏蔽效應”的理論。之后，科學家利用界面化學的這一理論，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猝滅效應的傳感薄膜組裝在玻璃的基質表面，從而研制出高性能、便捷式、超靈敏的爆炸物探測儀。

3.4在微納米合成功能中的新運用

材料的結構和形貌可以在很大程度上決定材料的性能，而微納米材料在結構和形貌上相較于其他材料具有更大的優勢。因此，當前材料科學領域將納米材料的控制合成作為一個重要的研究方向。而界面化學在微納米合成技術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，我國在該領域的研究也取得了一些進展，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、新發現，在微納米材料合成領域引起了廣泛關注。

4　結　語

界面化學是研究界面上發生的物理化學過程，并分析其性質變化，從而找出界面化學變化普遍規律的一門科學。研究界面化學，是要發現其內在規律，并將界面化學規律運用到工業生產和生活的各個領域中去，從而最大程度地深入這些領域，達到改進工業技術、開拓新技術的目的。近年來，界面化學一直在眾多領域發揮自己的作用，而隨著原子力顯微鏡等先進儀

器的相繼誕生，界面化學的研究也進入了一個新的階段，在生物科學、環境科學、醫藥科學等領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界面的構筑以及相關應用[J].電化學，2014,20(03):219-233.

[2]林源為,郭雪峰.石墨烯表界面化學修飾及其功能調控[J].化學學報，2014，72(03):277-288.

[3]張樹芹，路福綏，姜林.高嶺土界面電化學性能及其對重金屬的吸附研究[J].山東農業大學學報(自然科學版)，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