课题组主要致力于功能高分子合成、纳米材料功能化改性及应用研究，包括：双亲性功能高分子合成及其载药研究；碳纳米管和石墨烯的功能化改性及其在生物医药和锂离子电池领域的应用研究；纳米微球的合成、功能化改性及其在生物医药领域的应用研究。课题组先后承担了包括国家863项目、国家自然科学基金、上海市科委项目、军工项目和企业产学研项目在内的科研项目20余项。发表包括Chem. Commun.、J. Phys. Chem. C、Macromolecules、J. Polym. Sci. Pol. Chem.、Polymer在内的SCI论文40余篇。获得国家授权发明专利9项。

一、功能高分子合成及应用研究

具有特定结构的功能高分子在功能材料和药物传输系统具有广泛的应用空间，课题组致力于制备具有规整结构的功能高分子，并研究其在药物传输方面的应用。例如：制备了侧链为生物相容性的PEG，主链每个单元都含有羧基的接枝共聚物（图1,2），进而合成了负载药物的二硫键Linker，将二者相联得到负载药物的功能高分子，该体系可以实现在血液循环中不释放药物，进入肿瘤细胞后才在谷胱甘肽（肿瘤细胞中谷胱甘肽的浓度比正常细胞高1000倍以上）的作用下释放出药物的特点，有利于提高药效，降低药物的毒副作用。

图1

图2

图3

图4

二、碳纳米管和石墨烯材料的功能化改性及应用研究

碳纳米管和石墨烯材料具有超大比表面积、优异的力学性能和富电子结构等出众的物理化学性能，在纳米材料、生物医药载体、锂离子电池导电剂等方面具有诱人的应用前景。我们课题组在此方面的研究主要包括以下方面：

1. 碳纳米管/石墨烯的功能化改性：包括亲水性、亲油性碳纳米管/石墨烯的制备和磁、pH、温度响应性碳纳米管/石墨烯的制备。通过这些功能化改性反应，可以显著改善碳纳米管/石墨烯材料在水或有机溶剂中的分散性和与其他材料的相容性，同时也可以赋予碳纳米管新的特性（磁、pH和温度响应性等），扩大了碳纳米管/石墨烯的应用范围。例如：通过乳化剂十二烷基苯磺酸钠（SDBS）辅助下的自由基反应，我们可以得到聚丙烯酸（PAA）改性的碳纳米管，进而通过水相化学共沉淀方法可以得到磁性四氧化三铁纳米粒子修饰的碳纳米管（图5,6）；通过Ce离子引发的氧化还原聚合反应，我们可以得到具有pH和温度响应性的聚丙烯酸和聚异丙基丙烯酰胺（PNIPAM）改性的氧化石墨烯（图7,8）。

图5

图6

图7

图8

碳纳米管/石墨烯材料在生物医药领域的应用研究：将上述制备的功能化碳纳米管/石墨烯作为药物载体，利用碳纳米管/石墨烯的富电子可高效负载抗肿瘤药物和纳米尺度效应可以构建靶向药物传输系统，将药物高效传输至指定病灶部位(图9）。

图9

碳纳米管/石墨烯材料在锂离子电池领域的应用研究：碳纳米管/石墨烯材料的加入能够有效改善锂离子电池的大倍率充放电性能，这对于特种用途的锂离子电池尤其是汽车用锂离子动力电池是十分关键的。而这其中的关键在于：保持完整的离域π电子结构以保证其优异的导电性能；降低金属催化剂的含量以保证电池的安全性能；充分分散以保证其应用效率。课题组已在这些方面取得了一定的进展：在不破坏其电性能的同时，可以简便高效除去碳纳米管中残留的金属催化剂（图10）；在不破坏其电性能的同时，可以有效改善其分散性（图11）。

图10

图11

三、纳米微球的合成、功能化改性及应用研究

随着纳米生物技术的发展，多功能智能型纳米微球正在越来越受到人们的重视。特别是在癌细胞治疗领域，多功能纳米微球作为一种药物载体可以应用到靶向载药领域，并且具有诱人的发展前景。例如：我们通过sol-gel方法可以制备具有规整结构的二氧化硅包磁纳米粒子，并且可以控制粒子的形貌和二氧化硅层的厚度（图12,13）；通过简单的酰胺化反应可以制备聚丙烯酸改性的介孔二氧化硅微球，该微球可以高效负载抗肿瘤药物阿霉素，且释药行为具有pH响应性（图14,15）。

图12

图13

图14

图15

四、功能涂层开发及应用研究

主要致力于特种耐腐蚀、耐高温、高润滑、高导电性涂层的开发与应用研究。