界面化学理论及发展前景研究

吴国民

(湖北工程学院，湖北　武汉　432000)



界面化学理论及发展前景研究

吴国民

(湖北工程学院，湖北武汉432000)

界面化学不仅对界面体系的物理过程和特征进行一定的研究，同时也深入研究其化学过程和规律。目前，界面化学在生物化学和环境领域有着广泛的运用，并且有着十分广阔的发展前景。基于此，本文先是介绍了界面化学的研究内容，如设计和构建新型的有序分子组合体、研究界面化学有序分子膜，然后从研制天然与特种表面活化剂等方面对当前的界面化学理论及其发展前景做了一个系统的阐释。

界面化学理论；发展前景；发展趋势；内在规律

近年来，我国科技领域发展迅速，在仿生学、生物医药和功能材料学科方面有着突出的表现，而这些学科和界面化学都有着密切的联系。界面化学是一门研究界面现象和胶体分散体系的科学，它渗透到国民经济的方方面面，对国家的经济发展有着重要的作用[1]。本文将简要介绍界面化学近10年以来的成就，并重点介绍界面化学理论研究的新思路和新前景，给界面化学的发展前景和趋势做更为全面的分析。

1　界面化学理论简介

对于中国而言，界面化学是一门十分年轻的学科。自1982年后，界面化学才在中国得到长足的发展。而随着中国科技的日益发达，尤其是近10年，我国的界面化学发展更为迅速。著名化学家傅鹰院士对界面吸附理论的研究更是在国际上达到了极高的水平，这也使得傅鹰院士成为我国界面化学研究的主要奠基人。随后，科学家赵国玺对表面活化剂进行了深入的研究，从而为混合表面活化剂体系做出了巨大的贡献。在这之后，科学家顾惕人和周祖康等也积极研究界面化学，为中国界面科学领域做出了极大的贡献，这些化学家的不懈努力使得中国的界面化学理论达到了新的高度。

近年来，随着中国科技的不断发展，界面化学的研究内容也在不断完善和更新，界面化学的应用前景也变得更为广阔[2-3]。当前界面化学的应用方向主要包括天然与特种表面活化剂的研制、生物传感器和超灵敏爆炸物探测仪的研究，以及在医药载体制备方面的广泛应用等。在界面化学的研究过程中，研究人员对界面化学的研究目的也有了更为清晰的界定，如何在现有的研究基础上，构建出结构更为丰富、功能更为多样的聚集结构，已经成为界面化学研究的重要方向和目标。

2　界面化学的主要研究内容

2.1设计和构建新型的有序分子组合体

在界面化学领域的研究中，设计和构建新型的有序分子组合体是极为重要的一项内容。这些有序分子组合体是研究各种生物膜的最佳模拟模型，对探究生命的起源、奥秘及生物学研究有着重要的作用，因此，长期以来，界面化学有序分子组合体一直是国际众多科学家研究的热点。设计和构建新型的有序分子结构体主要涉及以下几个研究方向：

一是构筑和应用一维有序组合体。这项研究内容一直是界面化学领域中较为困难的研究课题，许多研究人员致力于研究这一课题。近年来，有科学家在进行一维有序组合体研究时发现，可以在胆酸盐衍生物和钙离子的自组装体系中观察到稳定存在的一维右手螺旋结构，而这种现象同样在多种离子体系中存在，这一发现促使科学家们最终研究出纳米螺旋体系。

二是组装和应用仿生微胶囊。目前，仿生微胶囊的组装和应用是界面化学的新研究方向。这是因为仿生微胶囊结构的尺寸、壁厚和形状都具有良好的稳定性和可控性，并且囊壁还易于进行功能性的修饰。目前，科学家通过对界面化学有序分子体的研究，已经研制出以戊二醛为胶黏剂的血红蛋白微胶囊，甚至还利用微胶囊的层层组装技术，在布洛芬的药晶上交替组装磷脂DMPA微胶囊和血清蛋白。这一内容的研究使得生物领域的研究更进一步，在未来，微胶囊甚至有可能发展为功能化药物载体。

三是构建和应用刺激响应性小分子凝胶。小分子凝胶具有“小刺激、大响应”的性质特点，在生物、材料制备和农业领域有着广阔的发展前景。近几年来，科学家们在刺激响应性小分子凝胶领域展开了积极的研究，也取得了一些先进的成果。例如我国科学家房喻在研究小分子领域时，以二茂铁为基础设计小分子凝结剂，得到了具有多重刺激响应性的超级胶凝性凝胶，这一研究发现使得我国的界面化学研究有了更进一步的发展。

2.2研究界面化学有序分子膜

界面化学有序分子膜在光学、化学和生物仿生学都有极为广阔的应用前景，目前，我国在光学传感器和生物仿生模拟领域都取得了杰出的成就。研究人员在研究界面化学有序分子膜时，构筑出界面手性组装体。手性是自然界的普遍现象，对材料科学和制药有着重要的作用。因此，当前科学家们对分子以上层次的手性问题越发热衷，界面手性组合体研究越来越受到科学家的重视。在中国，科学家刘鸣华研究界面化学有序分子膜时发现，非手性的两性分子可以形成具有超分子手性的组装体，这一发现给生命科学和材料科学领域的研究带来了新的突破。

2.3可控合成聚苯胺多级结构形貌

可控合成聚苯胺多级结构及其应用是目前导电电子领域最热门的研究重点，并且在国际范围内已经有许多突出的成果。例如，科学家利用苯胺氧化聚合制备出纳米硒；在较弱的氧化剂下氧化聚苯胺溶液，从而制备出三维花状多级超结构；在聚苯胺衍生物结构调控的基础上，把聚苯胺衍生物应用到贵金属的纳米催化区域等等。这些研究成果给润滑材料的制备提供了重要的条件，从而为航天航空领域做出了一定的贡献。

3　界面化学的应用前景

3.1研制天然与特种表面活化剂

3.1.1卵磷脂的应用

卵磷脂是一种分布在自然界的天然表面活化剂，它具有双亲结构，是生物体细胞的重要组成部分之一。被水分散时，卵磷脂会形成一种具有稳定二分子膜结构的脂肪小体，这些脂肪小体可以强化对皮肤的保湿作用，也能作为药物载体使用。早前已将卵磷脂制作成各种香波和肥皂，作为化妆品原料对皮肤起到润滑作用。而随着界面化学研究的深入，精制技术迅猛发展，人们对卵磷脂也有了更为清晰的认识和研究。目前许多国家已经开发出使用性好、亲水性强的氢化卵磷脂和溶血卵磷脂。

3.1.2植物性肽的应用

在植物性肽中，多肽是氨基酸脱水浓缩的一种化合物，它具有性价比高、安全性高的特点，对人的毛发和皮肤有着极强的保护作用。并且，多肽还具有极强的起泡力和乳化力，和硅酮一样对毛发有极高的保护作用。因此，植物性肽被广泛应用到生活中的方方面面。

3.1.3氨基酸衍生体的应用

目前被广泛应用的洗净剂有很多，主要是单烷基磷酸酯烷基磺基琥珀酸和氨基酸衍生体等，这些洗净剂与其他表面活化剂相比，残留性更低，对皮肤的刺激性也更小。可见，界面化学在研制天然和特种表面活化剂方面有着广阔的应用前景。

3.2在药物载体制备中的应用

目前，在药物载体制备和两亲性高分子聚集体构建领域，将新型两亲性高分子聚集体进行化学修饰，以达到接枝配体，实现主动靶向功能是主流的研究方向。而国内研究人员在这一方向上也取得了突出的成绩：一方面，研究人员设计合成了两亲性聚酯，从而成功研制出一种可以在水中溶胀但却不会溶解的水凝胶，这一研究可以用于药物控制、释放载体，是药物载体制备领域最具有潜力的生物材料。另一方面，研究者通过对界面化学中表面活性剂的有序分子的研究，给药物的构建和调控提供了良好的介质，这在生物化学领域具有巨大的发展潜力。

3.3在医药领域发挥新作用

近年来，界面化学吸引了众多科学家的关注和研究，这一新的科学领域也成为了国际研究热点，现在界面化学不仅应用到日常生活方面，在医药领域同样发挥着重要的作用，具体如下：

3.3.1运用在生物传感器

界面化学的研究可以应用在生物传感器中，主要涉及以下几个方面：一是可以利用界面化学的仿生膜研究来扩大电流响应的宽容度，从而达到提高响应电流的目的。二是可以利用非聚合方法让糖脂结合到泡囊，从而形成可变色泡囊，这种界面化学应用方法可以让泡囊在遇到细菌时产生变色的情况，从而成为检测细菌和病毒的全新手段。三是可以利用界面化学使生物体保持活性，从而制备出新型的仿生分子器件。

3.3.2研制超灵敏爆炸物探测仪

科学家在研究界面化学时发现电荷平衡可以使猝灭剂的铜离子靠近芘，并导致荧光猝灭。这一发现促使科学家提出了“二维溶液模型”和“连接臂层屏蔽效应”的理论。之后，科学家利用界面化学的这一理论，研究出了选择性好、灵敏度高的荧光传感薄膜，他们将这种具有超级猝灭效应的传感薄膜组装在玻璃的基质表面，从而研制出高性能、便捷式、超灵敏的爆炸物探测仪。

3.4在微纳米合成功能中的新运用

材料的结构和形貌可以在很大程度上决定材料的性能，而微纳米材料在结构和形貌上相较于其他材料具有更大的优势。因此，当前材料科学领域将纳米材料的控制合成作为一个重要的研究方向。而界面化学在微纳米合成技术的研究方面有着重要的作用，尤其是为形貌可控的微纳米材料合成提供了一条新的途径。近年来，我国在该领域的研究也取得了一些进展，齐利民、房喻等人在基于新型胶体模板的材料合成研究中获得了一些新成果、新发现，在微纳米材料合成领域引起了广泛关注。

4　结　语

界面化学是研究界面上发生的物理化学过程，并分析其性质变化，从而找出界面化学变化普遍规律的一门科学。研究界面化学，是要发现其内在规律，并将界面化学规律运用到工业生产和生活的各个领域中去，从而最大程度地深入这些领域，达到改进工业技术、开拓新技术的目的。近年来，界面化学一直在众多领域发挥自己的作用，而随着原子力显微镜等先进仪

器的相继诞生，界面化学的研究也进入了一个新的阶段，在生物科学、环境科学、医药科学等领域起着更为重要的作用。

[1]朱成周,韩磊,董绍俊.基于功能性纳米材料的新型电化学界面的构筑以及相关应用[J].电化学，2014,20(03):219-233.

[2]林源为,郭雪峰.石墨烯表界面化学修饰及其功能调控[J].化学学报，2014，72(03):277-288.

[3]张树芹，路福绥，姜林.高岭土界面电化学性能及其对重金属的吸附研究[J].山东农业大学学报(自然科学版)，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