修改部分文献综述

佳木斯大学药物化学硕士点 研究生毕业论文文献综述 （2010 级） 题 目：LbL 抗菌膜制备 研 究 生：李泽 指导教师：刘 红 副教授 2011 年 1 月 15 日 2 1 3 基于高电荷的 Dawson-多酸阴离子和喹诺酮金属化合物阳离子的 LbL 膜制备及性质研究 1. 喹诺酮金属配合物的研究进展 1.1 喹诺酮的配位化学 喹诺酮类(Qulnolones)药物是一类以喹诺酮母核作为基本骨架的化学合成抗菌素，自 60 年代初喹诺酮类药物第一个产品奈啶酸(nalidixic acid)问世以来，经过 40 多年的发展，特别 是自 20 世纪 70 年代后期诺氟沙星问世以来，氟喹诺酮类新药的研究和开发，在世界范围内 迅速发展。目前，已有 50 多个喳诺酮类药物被合成和进行药理筛选，已上市的该类药物有 十几种 1。喳诺酮类药物己成为当今世界上争相开发、生产和应用的重点药物，是抗感染药 物中开发最活跃的领域之一。 当喹诺酮类药物和金属离子形成配合物后，使该药物不仅具有抗菌活性，而且可以获得 抗病毒及抗肿瘤活性。有些金属离子和喹诺酮类配合后造成抗菌活性增强，所以对于喹诺酮 类配合物的研究得到了更多的关注。 随着喳诺酮类药物的不断开发，近年来国内外对喹诺酮金属配合物的报道大幅度增加。 文献中对萘啶酸(Hnal)、诺氟沙星(Norf) 、西诺沙星 (Cx)、环丙沙星(Cip) 等药物配位或络合行 为研究相对较多。喹诺酮与金属主要形成两种类型的化合物:一种是金属配合物；另一种为 离子型化合物。 Barba-Behrens 等 2报道了萘啶酸与 Cr、Mn、Fe、Ni、Cu、Zn 、Mg 、Ca 、Hg 和 Pd 等 形成一系列配合物的制备方法及光谱性质。通过元素分析确定蔡陡酸与大部分二价金属离子 以摩尔比为 2:1 的比例生成配合物，与部分金属离子生成配位聚合物。通过红外光谱分析， 用萘啶酸的羧基v(va-vs) 的变化值来判断羧基的配位方式，其中 Cu()、pd() 、Fe()、 Cr()与萘啶酸羧基以鳌合的形式结合，其余则以桥联的形式配位。 Jua R. acona 和 Carecln Toledo 3 对环丙沙星与过渡金属的反应进行了研究，合成了两种 类型的配合物：M(Cip)(OAc)(H 2O)23H2O(M=MnII，Co ，Cu or Cd )和M(Cip)(OAc) 6H2O (M=Ni or Zn )，并用物理化学方法对其结构进行了表征，实验数据表明环丙沙星中 3 位羧基上的一个氧原子和 4 位酮基氧原子与金属离子配位，在这一系列配合物中环丙沙星 为一价二齿配体。 4 Stevenc.Wallis 等解析了配合物Cu(Cip) 2Cl211H2O、Fe(Cip)(NTA)3.5H 2O (NTA=nitrilotriaeetate)的晶体结构，环丙沙星都是通过羧基的一个氧原子和酮基氧原子以二 齿形式与金属形成八面体空间构型。文献解析了配合物 Zn(Norf)24H2O 的晶体结构，Zn 2+配 位数为 6，两个诺氟沙星通过羧基的一个氧原子和酮基以二齿形式配位，而在轴位上另外两 个诺氟沙星以呱嗦基上的 N 原子与金属锌配位，构成八面体构型。此外文献对 VO(Cip) 2(H2O)、Cu(hsm)(Cx)NO 3、Ni(Cx) 2(DMSO)4H2O、Cu(Cx) 2H2O等进行了晶体结构解析， 发现虽然配位空间构型多样，一般为八面体，四面体、四角锥形、平面四边形等，但参与配 位的喹诺酮具有共同的特点，即通过 3 位羧基的一个氧原子和 4 位酮基氧原子以二齿形式参 与配位；喳诺酮药物与金属形成简单的一维配合物。文献 4解析了Cd 2(Cx)4(H2O)210H2O 的结构，发现每个 Cd 原子分别与两个 Cx 分子中的酮基氧原子和羧基的一个氧原子配位， 另外还与第三个 Cx 分子中的两个羧基氧原子以及水分子配位，形成八面体构型。其中两个 Cx 分子是以三齿鳌合和桥联的形式结合，另一个是以双齿鳌合形式结合，这一结构较为少 见。 目前对在第二配体(如 N-配体，梭酸配体等 )的存在下喹诺酮配合物的配位研究相对较少。 Mendoza-Diaz 报道了Zn(N-N)(nal)(X)NH 2O 系列混配配合物的合成与表征。其中 N-N 为 phen 或 2, 2-biPy 等 N-N 配体；nal 是萘啶酸阴离子； X 为硝基离子或氯离子。由 13C-NMR 研究可推出配合物具有五配位三角双锥几何构型，其中萘啶酸阴离子通过 3 位羧基氧原子和 4 位酮基氧原子共同配位。 1.2 喹诺酮配合物的生物活性研究 在研究喹诺酮的配位化学的同时，少数研究小组也对喹诺酮金属配合物的抗菌活性进行 了研究。如 Juan R 等对合成的六种环丙沙星配合物进行了抗菌测试，发现所有配合物和配 体对蜡样芽胞杆菌、金黄色葡萄球菌和大肠杆菌的抑制活性相同，而锌和铜配合物对绿脓杆 菌的抗菌活性比环丙沙星强，对伤寒沙门氏菌的抑制，铜配合物的活性最强。 D. K. Saha 等合成了三种铜的环丙沙星混配配合物：Cu(Cip)(phen)Cl)(BF 4)4H2O, Cu(Cip)(bipy)(Cl)(BF4)2H2O 和 Cu(Cip)(dafone)(Cl)(BF4)2H2O (dafone=4,5-diazafluoren)， 抗菌活性显示混配配合物的抑菌活性显著提高，文献认为这是由于铜离子配位后增加了配体 的脂溶性，从而增强了对细胞的渗透，使得浓度增大，活性增强。 目前对配合物的抗病毒和抗肿瘤活性的研究报道过：测定了Cu(Norf) (phen)(H2O) NO33H2O (I)、Cu 2(Cfc)2(bpy)2(pip)6H2O(II)、(Hcip) 2Cdcl43H2O (III)以及 Cd(L)36H2O L=onoxaein，ciprofloxaein ，norfloxacin 等，对 HL-7402 (人肝细胞性肝癌细胞)和 HL-60 (人 5 急性早幼白血病细胞) 的抗肿瘤活性实验。研究发现 I、H 和 V 对 HL-60 和 HL-7402 均有很 强的抑制作用；Hl 对 HL-60 有很强的抑制作用；IV 对 HL-7402 有很强的抑制作用，对 HL- 60 有较弱的抑制作用；而 VI 对 HL-60 和 HL-7402 都没有抑制作用。 氟喹诺酮类药物是一类重要的抗菌药物，金属离子对该类药物在体内的活性有重要影响。 许多金属离子可与喹诺酮分子中的 3 位羧基和 4 位酮基配位形成配合物，对喹诺酮与金属离 子配合物的合成和结构性质研究己有不少文献，并有文献报道了部分配合物的抗菌活性 5-9。 大部分喹诺酮类配合物的生物活性与原配体相当，小部分配合物的生物活性可能强于或弱于 相应的原药物，部分配合物具有抑肿瘤活性。 配合物 Fe() 、Zn( )与诺氟沙星金属配合物的结构及体外抑菌实验 10，结果表明这两 种配合物比配体具有更强的抗革兰氏阴性菌活性。Cu()、邻菲啰啉与诺氟沙星的三元配合 物对 Ecoli 有很高的灵敏性 11。Fe()和诺氟沙星形成的配合物则只有在比诺氟沙星更高的 浓度下才显示出抗菌活性 12。有文献表明配合物与配体具有同样的抗菌活性 13，但铜的配 合物却存在着矛盾的结果，即在高浓度下抗菌活性反而减弱 14-17。 曹凤歧等 18合成了 4 种 La, Pr, Nd 和 Sm 的氧氟沙星配合物，并进行了抗菌活性实验。 结果表明，该四种配合物对金黄色葡萄球菌、大肠杆菌和绿脓杆菌都有较高的抗菌活性，稀 土离子对配体氧氟沙星的抗菌活性无抑制作用。钆的诺氟沙星、氧氟沙星和环丙沙星配合物 以及其配体对金黄色葡萄球菌、大肠杆菌、藤黄色八叠球菌和绿脓杆菌也呈现出良好的抑菌 活性，钆离子对这 3 种喹诺酮类配体自身的体外抗菌活性没有明显的影响；La, Ce 和 Nd-氧 氟沙星配合物对金黄色葡萄球菌和大肠杆菌一样也表现出活性 19。 王国平 22等人通过合成以喹诺酮药物分子为配体的配合物抗肿瘤研究为发现新型抗癌药 物提供了新思路，对于开发喳喹诺酮药物的应用和金属配合物抗癌新药具有理论意义和实践 意义。 不过，金属离子与喹诺酮分子中的 3-位羧基和 4-位酮基配位形成配合物，也可减弱药 物的活性。Hoffken 等 23首先报道，若同时服用含钙镁离子的抗酸剂和环丙沙星，以同时服 用含有锌铁离子的多维口服液和环丙沙星，可导致环丙沙星药效丧失贻尽。用 Ca2+，Mg 2+ 滴定喹诺酮溶液时，其溶液的生物活性减弱。 喹诺酮类抗菌药物的配位聚合物具有某种光、电功能自从 1942 年 Weissman 发现镧系 离子的 - 双酮敏化荧光以来 24，大量稀土有机配合物的光致发光行为从理论和实验上均得 到了广泛的研究，并取得了极为丰硕的成果 25, 26。1989 年，Tang 开创了高性能有机电致发 光(Electro-lumi-nescence, EL) 的新领域 27, 28。 6 对于具备优良的光致发光特性和电致发光性能的稀土有机配合物的研究己经成为热门 29- 31，因为这类化合物有望成为具有较强竞争力的一类电致发光材料。选择一定结构的有机配 体，可以通过与稀土中心离子的配位而构成有效的能量传递体系。目前，有机配体的选择主 要有 - 二酮类、羧酸类和取代羧酸类等。 喹诺酮衍生物含有 a-酮酸结构具有较大的共轭度。有研究表明，它们能与镧系离子配位 并发生分子内能量转移，产生稀土离子的特征荧光的特点 32, 33。如用其作配体与 Eu, Tb 形 成的配合物与导电高分子作发光层有可能构成性能优良的电致发光器件的基质 34。杨军等选 择了共轭度较大的氧氟沙星这类喹诺酮衍生物作配体，合成 Eu, Tb 的配合物，并讨论它们 的光谱性质，为设计新型的光致发光材料提供了思路。 另外，喹诺酮类抗菌药物由于它们结构中还存在着多个潜在的配位点。除了羰基氧和羧 基氧能与金属离子螯合成稳定的六员环，且其中的羰基氧原子或羧基氧原子还能以双齿的方 式与金属离子配位。含哌嗪基的喹诺酮类抗菌药物，其哌嗪基上的端基氮也能参与配位，为 构筑配位聚合物起桥梁作用。当选择不同的金属离子与它们形成配位聚合物时，配合物也会 表现出不同的性质，目前，文献报道了部分有关喹诺酮类抗菌药物的配位聚合物。主要有南 京大学熊仁根教授课题组，他们不仅合成了相当多的配合物，并测定了它们的结构，还发现 了多种从未出现过的配位方式 35，也合成了一些配位聚合物，发现锌与诺氟沙星形成的二维 的具有孔洞结构的配位聚合物具有很强的发蓝光的性质 36，锰与诺氟沙星也能形成结构相似 的二维结构 37。 2. 多金属氧酸盐的结构及和生物活性 2.1 常规结构 多金属氧酸盐（polyoxometalates ，缩写 POMs，简称多酸）化学至今已有近两个世纪的 历史，是无机化学中的一个重要的研究领域 3841。1826 年，Berzerius 成功的合成了第一个 杂多金属氧酸盐12钼磷酸铵(NH 4)3PMo12O40nH2O42粉末样品。1864 年，C.Marignac 合 成了钨硅酸，并用化学分析方法确定了钨硅酸的组成，开拓了多酸研究的新时代 39。1929 年，Pauling 的多酸“花篮”式结构设想 44使多酸化学进入了一个新的时期。1934 年，英国 的 J.F.Keggin 通过 X射线粉末衍射实验确定了 H3PW12O405H2O 的晶体结构 44,提出了著名 的 Keggin 结构模型。 Keggin 结构与此后陆续发现的 Dawson、Anderson、Waugh、Silverton、Lindqvist 结构被定义为多酸的六大基本结构(见图 1)。 7 图 1 Six typical structures of polyoxoanions:(a)Keggin;(b)WellsDawson;(c)Anderson; (d)Silverton;(e)Waugh;(f)Lindqvist. (a) Keggin 结构及其衍生物: Keggin 结构通式可表示为 XM12O40n-(X=P, Si, Ge, As; M=Mo, W)。此结构共有 、 、 、 和 型 5 种异构体，最常见的 -Keggin 结构多阴子具 有 Td 对称性，中心杂原子呈四面体配位，配原子呈八面体配位，整个结构中共有四组三金 属簇(M 3O13)，它们之间以及与中心四面体之间均共角相连。三金属簇内，金属八面体之间 共边相连。一共是 12 个金属八面体围绕着中心四面体。 Keggin 结构杂多阴离子中的氧有以下 4 种： Oa：PO 4 即四面体氧 X-Oa Ob：M-O b 即角桥氧 Ob，属不同三金属簇角顶共用氧 Oc：M-O c 即边桥氧 Oc，属同一三金属簇共用氧 Od：M=O d 即端氧，每个八面体的非共用氧 (b) Wells-Dawson 结构及其衍生物: Dawson 结构通式可表示为 X2M18O606(X=P, Si, As; M=Mo, W)。从结构的观点上来看 Dawson 结构是由两个 Keggin 多阴离子缩合衍生而来的， 整个结构具有 D3h 对称性，其结构有三种异构体。 Dawson 结构杂多阴离子易于失去一、二 和三个 MO6 八面体形成一、二和三缺位的 Dawson 结构衍生物。 (c)Anderson 结构。通式为 XM6O18n(X=Al, Te, I; M=W, Mo)。其结构是六个共边相连 的 MO6 八面体围绕着中心 XO6 八面体构成，整个结构具有 D3h 对称性。 8 (d)Silverton 结构，通式为 XM12O42n-。目前XMo 12O42n-(X=Th,Np,Ce,U)的结构已确定， 其结构由 12 个 MO6 八面体围绕着中心 XO12 二十面体构成。其中两个共面的八面体为一组， 共六组，六组共面连接的八面体共顶点相连围绕在中心 XO12 二十面体周围 (e)Waugh 结构。通式为 XM9O32n-。具有 Waugh 结构的杂多阴离子很少，该结构可认 为是从假想的 Anderson 物种 MnMo6 中除去三个交替 MoO6 八面体，并将三个八面体分别 置于 MnMo3 单元的上面和下面，所得结构呈 D3 对称性。 (f)Lindqvist 结构。通式为 M6O19n-(M=Mo, W, Nd, Ta)。是一种最重要的同多阴离子结构 类型，其结构具有 Oh 对称性，由 6 个 MO6 八面体共边连接构成。 在构成 POMs 的基本单元主要是MO 6八面体和MO 4四面体，多面体之间通过共角、 共边或共面相连产生了种类繁多的阴离子结构 38, 40。随着常规合成技术的提高、水热合成 技术的发展及晶体测试和解析技术的日益完善，多酸的合成已经进入分子剪裁和组装，有 机和金属有机配体作为模板剂或官能团引入多酸中，多酸阴离子作为建筑块，通过结合具 有极小官能团的配体，建立起相互连接的多酸网络。一大批高聚合度、链型、微孔、层状 多酸配合物及纳米结构、夹心式、无机双螺旋类多酸配合物相继被合成出来。这极大地突 破了经典多酸的范畴，为多酸化学提供了更加丰富的研究内容 45。 2.2 多酸药物化学的发展 70 年代以来，多酸研究中最令人瞩目的则是多金属氧酸盐药物化学的迅猛发展。它重 要的应用价值和良好的开发前景，吸引了化学、生物、医学、药学等领域的众多学者，使 多金属氧酸盐的药物化学迅速成为多酸化学研究的一个重要分支。而其表现的抗 HIV 活性、 抗肿瘤活性、抗病毒和抗菌活性，使多酸在药物化学方面的应用引起医药业人士的高度观 注和重视，并在药学 56, 57领域有广泛发展。 目前国际上有六个多酸研究中心，分别是美国、中国、俄罗斯、法国、日本和德国。 从事多酸药物化学研究的工作小组也有很多，其中以下几个小组的成果最为突出：如美国 的 Pope 领导的研究组、Hill 和 Schinazi 领导的研究组、杜邦公司 Blasecki 研究组、日本的 Yamase 研究组、中国的王恩波和刘景福分别领导的研究组等。 由于多酸化合物具有独特的抗病毒活性及较低的毒性，使其日益成为抗病毒新药研究 的热点。20 世纪 70 年代开始了多酸化合物的抗病毒研究，1971 年法国科学家 Raynaud58 61等在体外试验中发现，SiW 12O404-能够抑制莫罗尼氏鼠科肉瘤病毒(MoMSV)在胚胎鼠纤 维原细胞中的转移活动，具有抗病毒活性，这一研究立即引起了相关专家对多酸化合物的 系统性筛选 62,63，标志着多酸药物化学研究的开端。随后 Raynaud 和 Jasmin 小组陆续发现 9 BW12O404-，P 2W18O626-，As 2W18O626-等杂多阴离子在体内外条件下均表现出抗病毒活 性。1972 年 Michelon 等报道了具有广谱抗病毒活性的化合物(NH 4) 17NaSb9W21O8614H2O(HPA23)64，它是本领域研究史上最为重要的化合物。 Jasmin 等 还发现它具有在体外抗血友病毒(FLV)的性质，而且毒性非常低。用 HPA-23 处治感染了 FLV 的小鼠，能使脾肿大减小，增加平均延活时间；它还能延迟预种了 MoMSV 的新生小 鼠身上的肿瘤出现。1974 年法国的 Jasmin 等研究发现， HPA-23 可抑制鼠的白血病和肉瘤 病毒。1977 年，Ablashi 等又较为系统地研究了 HPA-23 的抗病毒活性，发现 HPA-23 不仅 能够抑制 DNA 聚合酶，而且对鼠和禽类病毒的逆转录酶也有抑制作用。1978 年，英国的 Klimberlin 又发现 HPA-23 具有抗搔痒病毒的作用。从 1973 年到 1984 年的近十年间，人们 将主要精力集中在多钨酸的抗病毒活性上。研究人员陆续发现一些多酸对麻疹病毒、风疹 病毒、囊状口腔炎病毒、狂犬病毒、瘙痒病毒、埃巴二氏病毒以及单式疱疹病毒 (herpes simplex virus) 等非逆转录病毒具有抑制活性，而且对细胞的毒性很低 65-68。在对细胞无毒 性的剂量下，HPA-23 可以有效地抑制风疹病毒、棒状病毒和埃巴二氏病毒 69,70。 八十年代，人们对杂多化合物抗病毒活性的研究给予了高度重视，并进行了较为系统 的研究，对不同系列、不同结构的化合物，针对某一特定病毒进行活性筛选，将筛选出的 抗病毒活性较好的化合物再进行抗其它多种病毒的活性研究，以期获得具有广谱抗病毒活 性的化合物。其中最具代表性的杂多化合物就是 HPA-23。 1985 年，法国学者发现 HPA-23 具有抑制艾滋病毒逆转录酶作用 71。1987 年 Chermann 发现 HPA-23 具有体外抗凝血作用。1988 年，日本学者 Yamase 等发现同多钼酸 盐三水合七钼酸六异丙基铵 NH3Pr6Mo7O243H2O(PM-8) 具有抗肿瘤活性。1988 年后， 研究工作更加系统化，各国学者都力图找到比较理想的具有药物活性的多酸化合物。1989 年日本的 Yamase 等发现两种多金属氧酸盐具有抗风湿作用，并申请了专利，现已应用于 治慢性关节炎。到目前为止，已发现的具有抗艾滋病毒的多金属氧酸盐达 50 种以上，同时， 具有抗肿瘤，抗风湿，抗其它病毒的研究也有了进展。 20 世纪 80 年代中后期，人们更是意识到多酸分子的多样性及可修饰性，研究人员开 始从事多酸抗病毒的系统研究，多酸药物研究迎来了一个新的时期 72。 九十年代，各国学者对多酸化合物抗病毒活性的筛选又进入了一个新的阶段，发现了 多种具有研究价值和发展前景的化合物。1990 年，Yamase 等又发现了PTi 2W10O403-(PM- 19)，并报道其具有抗艾滋病毒活性 73，掀起了研究多金属氧酸盐的高潮。1991 年，lnouge, Yamase 等报道了第一例具有抗艾滋病毒活性的杂多钼酸盐(NH 4)12H2Eu4(MoO4)(H2O) 10 16(Mo7O24)13H2O(PM-104)74，这一研究发现使日本在此领域的研究位于领先地位。此外 还有报道称 PM-19 和过氧化铌取代的杂多钨硅酸盐及有机硅键合的杂多酸盐具有抗病毒活 性 75, 76，上述多酸化合物均具有抗艾滋病毒 HIV-1，疱疹病毒 HSV-1，HSV-2 呼吸道合胞 病毒 RSV，人巨细胞病毒 HCMV 的活性 77。1992 年，Inouye 等人又为多酸的抗病毒机制 提出了更进一步的信息支持，他们指出多酸的抗病毒活性可能是抑制了逆转录过程（RT ） 。 日本、美国、英国、中国、澳大利亚等国也在多酸药物的研究方面开展了大量的研究工作。 1995 年 Yamase 等从临床意义的角度考虑选择高负电荷的多钨酸盐如 K27KAs4W40O140, K18KSb9W21O86 和 Keggin 结构的多钨酸盐用于这个研究。13-PMs 的最小抑菌浓度(MIC) 值表现出很强的抗菌活性，MIC 值小于 256gmL-1，优于甲硝哒唑(MTZ)，抵抗敏感 MTZ 和耐 CLR 菌株，可见多钨酸盐的 Keggin 结构和/或高负电荷对抑制 H. Pylori 是一个重要的 因素 78。1997 年欧洲一项专利报道，多阴离子与赖氨酸，精氨酸，组氨酸所形成的化合物 具有抗病毒活性 79，报道中指出多阴离子化合物不仅可阻止病毒吸附细胞，而且能抑制合 胞体的形成 80。研究表明，含铌多酸盐能够抑制 HIV-1 蛋白酶的活性，并从机理上阐明， 多酸盐抗病毒作用的发生是通过进入蛋白酶表面的铰链区域，多酸盐的端氧或桥氧与铰链 区 HIV 的赖氨酸侧链形成氢键，从而抑制了病毒的复制。最近，In SuLee 等人报道，多钨 酸盐可选择性抑制沉降牛库贾氏病（疯牛病）菌。这项研究发现不但扩展了多酸药物的研 究领域，多酸药物除了具有抗病毒、抗肿瘤活性外，还具有抑菌活性，也同时说明多金属 氧酸盐这样的无机药物在检测和治疗疾病方面确实有它独特的优势 81-83。 3.多金属氧酸盐的交替沉积自组装复合膜 3.1 交替沉积自组装技术简介 1991 年，Decher 等人发现了一种基于阴阳离子静电作用为推动力的交替沉积（Layer bylayer）复合膜的方法 46。交替沉积是一种模板辅助的自组装组装技术。交替沉积的过 程为：以带有正电荷基底上制备复合膜为例，首先将基片浸入带有相反电荷微粒（负电荷） 的溶液中，由于静电相互作用，带有负电荷的微粒就会吸附在基片表面，然后用清水浸泡 洗涤，以除去物理吸附的粒子；然后将基片浸入到带有正电荷的微粒溶液中，此时基底表 面就会组装上一层带有正电的微粒，重复以上两个步骤就可以得到交替沉积复合膜。该方 法主要有以下几个特点 47： （1）这种组装技术操作简单，不需要复杂的仪器设备。 （2）成膜驱动力多样化：静电相互作用是构筑交替沉积自组装膜的主要驱动力，此外，一 些短程的次级作用力，如氢键、配位作用、主-客体相互作用、共价作用、电荷转移作用、 11 - 相互作用、表面溶胶/凝胶和疏溶剂相互作用。 （3）成膜物质丰富，如：聚电解质、有机染料小分子、过渡金属氧化物、胶体微粒、粘土 矿物质、蛋白质、DNA、纳米粒子、碳纳米管、树枝状大分子、天然糖类等。 （4）成 膜不受基底大小和形状的限制。交替沉积技术不仅可以应用到平面基底上，还可以组 装到胶体微粒上。非平面基底也包括那些具有微米或亚微米级图案化结构的基底。 （5）能够在纳米水平上控制膜的组成和结构。聚电解质的浓度、溶液的离子强度、pH 值和 温度都会对单层膜的厚度产生影响，调整这些参数就可以精确控制复合膜的厚度。 （6）交替沉积自组装膜薄具有良好的机械性和化学稳定性。 3.2 多金属氧酸盐交替沉积自组装复合膜 目前，国际上对多酸的基础和应用研究正处于相对活跃的时期，以金属氧酸盐为基础 的功能性材料和器件的研究也在逐步发展。近十年来，将多酸构筑到复合膜的工作是一个 热点，这必将会赋予薄膜材料以更优异的功能特性。 1994 年，Ingersoll 等人将多酸（同多钼酸盐、钨磷酸盐和钨硅胶）与阳离子聚合物交 替沉积在碳电极表面。循环伏安法证实复合膜的规则增长，并且沉积到膜中的多酸的电化 学性质类似于他们在水溶液中的电化学性质 48。随后，Mallouk 等人报道了Al 13O4(OH) 24(H2O)12离子可以与磷酸锆（-Zr(HPO 4)2）交替沉积成膜。成膜的驱动力为静电相互作用。 通过椭圆偏振法测试证实了复合膜的均匀增长，每个循环层厚度约为 16A 49。 1998 年，Ichinoso 使用交替沉积技术将多酸（ (NH4)4Mo8O26）构筑到薄膜中，将附着 了底层 PEI/PSS/PAH 的基片交替浸入到(NH 4)4Mo8O26和 PAH 的水溶液中，如此反复操作 就得到了Mo 8O264/PAH 的复合膜。并用石英晶微天平、红外光谱、光电子能谱和扫描电 子显微镜对膜的形成和结构进行了详细的表征和讨论，并讨论了膜厚度与吸附时间和聚电 解质溶液 pH 之间的关系 50。后来，Caruso 51用交替沉积法将(NH 4)21Mo57V6(NO)6O183(H2O) 18（Mo 57）构筑到复合膜中。用紫外-可见光谱监测膜的成长过程，并用 X 射线光谱反射测 定了膜结构。Mo 57/PAH 复合膜的表面粗糙度要小于报道的Mo 8O264/PAH 复合膜的粗糙 度。同样采用交替沉积方法和使用相同的聚电解质，Kurth 52等人将含有纳米孔结构的大体 积簇阴离子(NH 4)42Mo132O372(CH3COO)30(H2O)72（Mo 132）引入到复合膜中。X-射线反射 光谱中 Kiessig 纹的出现，说明该复合膜具有均匀的厚度。由于 Mo132 阴离子结构中含有纳 米孔，所以该复合膜有可能在化学传感器等分析化学领域得到应用。 2002 年，Kurth 研究组对包含多金属纳米簇的自组装复合膜的结构进行了详细的讨论 53。他们发现通过寻找合适的实验条件可以获得规则的复合膜沉积，更重要的是，表面覆 12 盖与多酸阴离子所带电荷有关，含有较多电荷多酸的复合膜的表面覆盖比较大。而且表面 覆盖还受溶液离子强度的影响，离子强度越大表面覆盖越大。薄膜原子力图像表明膜表面 形貌有纳米尺寸特征。尽管不连续的多酸阴离子的电荷低和尺寸相对较小，但形成的复合 膜比较稳定。这项工作为组装多酸复合膜起了指导作用。 2005 年，该组制得一种热加强的可见光光致变色钼磷酸/聚乙烯吡咯烷酮 （PMo 12/PVP）杂化膜。这种杂化膜经过短暂的可见光激发后（ 10 s） ，在可见区产生微弱 吸收，此时的薄膜处于“记忆状态” ，随后薄膜在氮气中加热至 80 摄氏度，并持续 30 min，便可激活“记忆状态”下的薄膜，使可见区的吸收加强，蓝色加深，此时薄膜处于 “激活状态” 。着色后的薄膜在氧气中加热 60 min 即可褪色。无论是“记忆状态”还是 “激活状态”的薄膜都能在常规条件下稳定存在，使得该材料在光记忆存储方面具有广泛 的应用。与传统的光致变色材料 WO3 和 MoO3 相比（只能在紫外光激发下光致变色） ，该 材料能在较宽波长范围内产生变色响应，只是褪色速度相对较慢 54。 2008 年，蒋敏等人将十二钼磷酸与一系列带有不同长度憎水基团的二价染色体 （BisBC 18Nn, n=1,2,3）制备成 LB 膜，杂化的 BisBC18Nn/PMo12 单层膜可以多次沉积成复 合膜，X-射线反射光谱证实这样的复合膜具有明确的层结构。在紫外光激发下，由淡黄色 变为青色，三种杂化膜变色颜色略有不同，杂化膜在空气中加热后褪色，这种杂化膜具有 非常好的光致变色可逆性。当两性分子与多酸的静电作用越强，越不利于光致变色过程中 的质子转移，而含有最短空间长度两性分子的复合膜的光致变色响应最好 55。 随着交替沉积自组装、LB 法和溶胶凝胶法等制膜技术的发展，近期出现了许多关于多 酸的无机有机杂化光致变色薄膜。王恩波研究组制备出具有光致变色性质的(P 5W30/PEI)n 交替沉积自组装复合薄膜，该复合膜可由无色变为蓝色，其光致变色可逆性良好 84,85。除 了 PEI，还有很多有机物可以与多酸组装为光致变色复合膜，例如：聚丙烯酰胺 （polyacrylamide） 、聚乙烯醇（polyvinyl alcohol） 、聚乙烯（polyethylene） 、聚乙二醇 （polyglycol) 、聚乙烯吡咯烷酮（polyvinyl pyrrolidone）等。其中，Keggin 型的 PW12、PMo 12 和 Dawson 型的 P2W18、P 2Mo18 都能作为聚丙烯酰胺基质中光还原组分 86； 聚乙烯醇也是一种重要的聚合物基质用于制备光致变色多酸杂化薄膜。在聚乙烯醇中能够 光致变色的多酸有 H4W10O32、SiW 12、PMo 12、H 4GeW12O40、H 3PW11MoO40 和 H6P2W18O62 等 89。除此之外，通过溶胶凝胶方法多酸还能嵌入并均匀分散到硅胶基质中。制得的多酸 硅胶光致变色薄膜经过 XRD 表征，符合无定形状态 86。 姚建年研究组在多酸光致变色无机有机杂化膜领域做了大量工作 86,87-89。2004 年， 13 该组制备了一系列含有 Keggin 结构的不同种类多酸的 LbL 自组装复合膜POM/1, 10-DAD （POM=H 3PMo12O40, H4SiMo12O40, H3PW12O40 和 H4SiW12O40, 1, 10-DAD=1, 10- decanediamine） 89，通过表征薄膜的 XRD 谱，拉曼光谱，X 射线光电子能谱和紫外-可见 光谱等，发现钼酸盐的光致变色性质要优于对应的钨酸盐，其中 PMo12/1, 10-DAD 薄膜的 光致变色性质最好，其变色过程符合一级反应动力学，着色后薄膜能保持蓝色超过一年以 上时间，显示了较强的光记忆能力。在空气中加热即可使薄膜褪色。并且多酸的光致变色 性质与多酸的还原电势密切相关，具有较低 O2p 电子能级和较高质子亲和性的多酸会产生 较强的光致变色响应。 2009 年，Kurth 研究组采用离子自组装方法制备了一系列表面活性剂包裹多酸 （EuP 5W30）的纳米结构的有机-无机杂化材料。其中，EuP 5W30/C18DV 和 EuP5W30/C16DA（C 18DV 和 C16DA 分别表示 dioctadecylviologen dibromide 和 dihexadecyldimethylammonium bromide）薄膜具有电致变色性质 90 2005 年，Coronado 和 Mingotaud 研究组以 P2Mo18O626- 阴离子为电致变色材料，运 用 LB 方法得到了 DODA/P2Mo18O626杂化膜（DODA 表示双甲基双十八烷基铵阳离子） 。 电化学测试表明薄膜中的P 2Mo18O626保持了其电化学性质，当外加电压在 -0.3 V 和 0.5 V 之间调换时，薄膜在波长为 700 nm 处的吸收有显著的、可逆的变化 91。 14 参考文献 1 Emmersonl A M, Jones A M, et al. 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