沈家驄：十多年來我們對超分子層狀結構的新認識

超分子層狀結構是自然界和生物體存在的重要結構，為構建模擬自然的天然層狀結構和功能提供了豐富的啟示。超分子層層組裝是一種基於弱分子相互作用的層層組裝技術，為製備各類功能超薄膜提供了豐富的手段。

有序的有機薄膜、膜組織及膜器件的研究一直是人們關注的重點。有序膜不僅容易表徵，結構與功能容易調節，而且在不同體系中，特別是生物或仿生體系中表現出如輸運、分離、控釋及開關等獨特功能。

迄今為止有兩個模型體系可作為研發的參照或起點：一是LB 膜；一是層層組裝膜。這兩者有共同特點，均是在固體基片上，從液相（溶液或懸浮液）中靠分子間作用力多次重複浸潤- 拉出工藝（相當於層層沉積），可在基片上覆蓋（製得）幾層或多層有序薄膜。

其中，層層組裝製備過程更簡單，適用基材廣，並可通過多種組裝基元和多種超分子組裝的驅動力等參數的調控和組合，衍生出眾多的超分子組裝結構（如微納有序結構，多元仿生結構）和功能（如自修復，自癒合功能）的調控方法， 因此發展成為最有潛力的界面可控制備、修飾技術和各種多層複合膜產品製備技術。

我們在2003 年出版了一本超分子層狀結構的專著，討論了層層組裝結構與功能的方方面面。十多年來層層組裝及組裝體的研究有了長足進展，並開啟了實用化進程，生物醫用材料方面的研發或許是走向實用化過程的突破口與有效的通道。

十多年來我們對層層組裝膜有了一些新的理解與認識：

▌層層組裝膜是超分子組裝體中最簡單的體系，可以用各種超分子作用進行組裝，新的作用力與組裝方式層出不窮，因此新的超分子結構也層出不窮，值得關注。

▌在各種超分子力中，靜電作用力是一種各向同性的較強的作用力，以靜電力為主的組裝體系中，離子強度及pH 極大地影響作用基團的解離與締合平衡，在接近中性的條件下，在層間啟動分子擴散機制，強烈影響層狀結構與組裝過程，從而使層狀膜與組裝具有動態性質，表現在組裝過程呈現出指數增長的規律，層狀結構厚度從納米過渡到微米，而平面均勻結構轉化為明顯的微納結構，並可能帶來自癒合和自修復等動態功能。

▌傳統層層組裝從納米級層累積成有足夠強度、特定功能的微米級薄膜，需要幾十次反覆的組裝技術。為實現功能膜的快速製備，以有機微粒、聚合物複合物為一個組分的厚膜技術應運而生，只需要幾次組裝就能達微米級的薄膜，從超薄膜到厚膜的進展可帶來多功能協調及緩釋等功能。

▌層層組裝在基底上進行，其最終產品是多層膜與基底的複合物，或形成特定基底的修飾層，有多方面的用途。若剝離基底製得無支持的或稱為自支持多層膜，可製成包括薄膜支架等多種形式的自支持多層功能膜，充分發揮多層膜的雙面功能，實現分離、感測及其他功能等，層層組裝因此可望發展成新的功能膜製備技術。但層層組裝及其組裝體要走向實用化，還有待於進一步的研究與發展。

現代醫學及診療技術的發展，直接關係著人們疑難病症的診治、生活品質的提升、平均壽命的延長，直接帶動著新興學科及多學科的深度交叉與融合。重大的需求催生了巨大的商機，並已形成國際社會中重要的支柱產業。這些進展為生物醫學材料，尤其是超分子層狀結構材料帶來了機遇與挑戰。

發揮超分子層狀結構的優勢，關注材料中多相複合體系的特徵，有兩個問題值得關註：

▌生物醫學功能的主體是生命體，與生命活動規律緊緊相聯繫的細胞生物學告訴我們，生命活動規律主要應該從細胞本身去探索。生物醫學材料體系中引入細胞、幹細胞及其賴以生存的環境如活化因子、信號系統等，有利於組織或器官修復、再生及新的替代物的重構。

▌生物醫學功能要有載體，簡而言之就是界面或表面。界面承載著細胞的黏附、遷移、活化、分化及代謝等功能，成為細胞誘導再生的界面；界面也承載著抗菌、抗凝血、緩釋傳遞和識別等功能，可作為多功能界面及診療一體化晶元；界面還可作為有機材料與無機材料的介面、有生命特徵的材料與無生命特徵的材料介面、各種複合技術的介面。當然，基於生命體的複雜性，將層層組裝與細胞生物技術、界面、支架技術進一步整合起來，建立面對特殊功能及組裝體的複合技術研發工作，還有很長的路要走。

《超分子層狀結構——界面及生物醫學功能》一書凝聚了過去十多年以來吉林大學超分子結構與材料國家重點實驗室多位研究者的工作積累，以及浙江大學生物醫用大分子研究所多位研究者對層層組裝在生物醫用領域的應用探索成果。

北京：科學出版社，2016.5

ISBN 978-7-03-047806-1

編著方式釆用分章節多人執筆的模式，以執筆者為代表的導師與研究生的研究成果為主，兼收同時期本領域各家之精華。並請浙江大學生物醫用大分子研究所的計劍教授作為總聯繫人，對全書進行校正。

▌第1 章層層組裝及動態特徵 / 計 劍沈家驄

▌第2 章快速組裝與厚膜技術 / 孫俊奇陳棟棟張健夫

▌第3 章有序及圖案化高分子複合膜/武雨昕沈淮中楊柏

▌第4 章單分子力譜與超分子結構 / 宋宇張文科

▌第5 章層層組裝與藥物控釋 / 常皓計劍

▌第6 章多層膜理化性質調控及細胞響應 / 毛崢偉高長有

▌第7 章層層組裝：細胞和組織再生微環境仿生構築的新手段 / 任科峰計劍

▌第8 章層層組裝與血管再生 / 計劍

▌第9 章層層組裝微膠囊的製備及其生物醫學應用 / 仝維鋆高長有

本書可供從事化學、生物醫學材料、醫學及轉化醫學研究工作者與研究生參考，敬請國內外同行賜教。

沈家驄

2015 年12 月於浙江大學

本文由劉四旦摘編自沈家驄、計劍等著《超分子層狀結構：界面及生物醫學功能》（北京：科學出版社，2016.5）一書「前言」、「目錄」，標題為編者所加。

《超分子層狀結構：界面及生物醫學功能》在論述經典層層組裝基本原理和方法學拓展的基礎上，結合層層組裝在近十年中的進展，論述層層組裝在多層膜快速增長，多元微納複合結構的構造及自修復和自癒合功能構築等領域的最新成果。並進一步結合層層組裝在解決生物醫用表界面重大科學問題的潛力，闡述該方法在包括組織再生、藥物和基因傳遞及仿生結構模擬領域的進展和發展潛力。

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