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聚电解质多层微囊由于其渗透性对环境敏感,近年来许多人研究将其应用于可控药物缓释的可能性。原子力显微镜可以测量材料表面纳米微区的静态、动态力学性质,用原子力显微镜研究聚电解质微囊的力学性质,可以深化对静电吸附低聚物多层膜结构及力学的理解。
在本文中,我们采用层-层交替组装法制备了聚苯乙烯(PSS,平均分子量(Mw)70000)和氢氧化丙烯胺(PAH,Mw70000)复合微囊,制备了碳酸钙微球作为膜板,溶核后得到中空微胶囊,为了比较膜结构对阻尼的影响,我们还制备了吸附有银纳米颗粒的聚电解质微囊,采用超声波条件下银镜反应在微囊中间层固定银纳米颗粒,颗粒平均直径约为10纳米,得到与上述微囊层数、尺寸相同,吸附银纳米颗粒的微囊。
为了理解微囊的动态力学性质及其与结构的关系,我们设计了原子力探针的磁力驱动线圈,在液池中将交变振荡施加于微囊,测量了不同pH值下探针的振荡谱,通过测量接触共振峰位的变化,计算了pH值对微囊阻尼值的影响。对于吸附有银纳米颗粒的聚电解质微囊,我们用相同探针在相同条件下测量微囊的静态、动态力学性质,结果表明纳米颗粒对微囊静态力学性质影响不大,但增加了阻尼,表明纳米颗粒本身增加了聚合物之间空隙。通过标定探针阻尼力,可以定量得到微囊的阻尼变化。进而得到产生阻尼的微囊渗透性与聚电解质膜结构的量化关系。
基于以上的工作,我们得到如下结论:
①酸性环境使微胶囊表面孔隙扩张,减小了微囊的弹性系数;
②吸附银纳米可以也间接扩大了微囊结构间隙,减小了弹性系数;
③但吸附银纳米颗粒的微囊在酸性条件下保护了内部聚电解质膜,反而增加了微囊的刚性;
④通过磁力驱动可以实现原子力探针在水溶液中与软物质接触时接触共振谱的测;
⑤未吸附银纳米颗粒微囊的阻尼在酸性条件下变大,吸附银纳米颗粒微囊阻尼对酸性条件不敏感。