就近年來原子力顯微技術(shù)在刺激響應(yīng)型微凝膠研究中的實際應(yīng)用,分別從微凝膠的形態(tài)、結(jié)構(gòu)和敏感性能等方面進行分析和綜述。原子力顯微技術(shù)可以較為直觀地獲得敏感性微凝膠的粒徑、形貌、結(jié)構(gòu)、體積相轉(zhuǎn)變行為、敏感性和穩(wěn)定性等多種信息。原子力顯微技術(shù)表征過程簡單,可同時獲得多種有意義的實驗結(jié)果,將在高分子材料科學(xué)、生物學(xué)、電化學(xué)、納米材料科學(xué)等眾多研究領(lǐng)域獲得更加廣泛的應(yīng)用。

微凝膠是一類分子內(nèi)高度交聯(lián)的聚合物膠乳粒子,其內(nèi)部為典型的三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu),微凝膠的大小、結(jié)構(gòu)和所包含的功能基團的種類等均可通過改變單體組成、交聯(lián)劑用量以及制備條件等因素進行控制。常見的微凝膠中有一類能夠感知外界環(huán)境的微小變化(如溫度、pH、離子強度、磁場、特殊的離子/分子等),并通過自身體積的溶脹或收縮變化來響應(yīng)外界環(huán)境的刺激,這類具有環(huán)境敏感特性的微凝膠稱為刺激響應(yīng)型微凝膠(或敏感性微凝膠)。敏感性微凝膠材料所具有的"海綿狀"結(jié)構(gòu)和刺激響應(yīng)性能以及自身組成、尺寸和官能團的可設(shè)計性等特性已被廣泛地應(yīng)用于化學(xué)分離、催化、藥物控釋、傳感器等諸多研究領(lǐng)域。為了探知微凝膠的形態(tài)、尺寸和敏感性能等,研究者們利用多種技術(shù)手段對其進行研究,如顯微技術(shù)、差示掃描量熱技術(shù)(DSC)、散射技術(shù)、核磁共振技術(shù)(NMR)和熒光光譜技術(shù)等。在電子顯微技術(shù)中,掃描電子顯微技術(shù)(SEM)和透射電子顯微技術(shù)(TEM)是最常用于觀察微凝膠形態(tài)、大小及分散性的實驗技術(shù)手段,但這些研究方法要求所測樣品是干燥態(tài)的,測樣又常常需要在真空和高壓條件下進行。另外,使用SEM觀測樣品形態(tài)時,不導(dǎo)電的材料還需進行噴金處理。對于微凝膠樣品而言,在干燥處理和抽真空過程中,微凝膠會發(fā)生變形,觀察到的微凝膠形態(tài)不一定是真實的。濁度法常用于定性研究敏感性微凝膠的相轉(zhuǎn)變行為,還可以考察微凝膠在電解質(zhì)溶液中的絮凝行為。DSC是研究微凝膠相轉(zhuǎn)變行為較為成熟的技術(shù)手段之一,已廣泛用于溫度敏感的聚N2異丙基丙烯酰胺(PNIPAM)基聚合物的表征,從DSC實驗數(shù)據(jù)不僅可以獲得微凝膠的體積相轉(zhuǎn)變溫度(VPTT),還可根據(jù)DSC曲線的形狀進一步分析微凝膠的相轉(zhuǎn)變過程。散射技術(shù)如動態(tài)光散射(DLS)、靜態(tài)光散射(SLS)和小角中子散射(SANS)等是考察聚合物結(jié)構(gòu)的有用工具,已被應(yīng)用于微凝膠的敏感性能研究中。在大多數(shù)研究中,通過DLS技術(shù)可以獲得不同溫度時微凝膠粒子的動力學(xué)半徑(Rh),并獲得相關(guān)的尺寸分布信息,從而得到溫敏性微凝膠的相轉(zhuǎn)變曲線。SLS技術(shù)測量的則是微粒的均方旋轉(zhuǎn)半徑(Rg),通過完全形態(tài)因子分析靜態(tài)光散射能提供有關(guān)粒子結(jié)構(gòu)方面的詳細(xì)信息。NMR技術(shù)主要用于聚合物的化學(xué)結(jié)構(gòu)分析與分子鏈運動的研究,人們也一直在不斷嘗試使用NMR手段來研究PNIPAM及類似能發(fā)生相轉(zhuǎn)變行為的聚合物(包括線性與交聯(lián)結(jié)構(gòu)的聚合物)的相轉(zhuǎn)變行為。除了以上技術(shù)手段外,熒光技術(shù)也常用于微凝膠的結(jié)構(gòu)和性能研究中,方法之一是向研究體系中加入自由的熒光探針,另一種方法則是將熒光探針鍵合在聚合物上,以此探測微凝膠內(nèi)部化學(xué)環(huán)境的變化。

總體來說,已有實驗技術(shù)的發(fā)展,使得敏感性微凝膠的研究方法和手段較為豐富,但存在的問題是,在一個實際體系的研究中,通過一種表征技術(shù)往往只能獲得一種信息。因此,人們期望利用一種技術(shù)手段獲得兩種以上實驗結(jié)果。原子力顯微鏡(AFM)的問世滿足了人們對于敏感性微凝膠體系研究的部分需求。AFM已經(jīng)成為眾多實際領(lǐng)域中常規(guī)表征方法中非常重要的技術(shù)工具之一。例如常被用于研究電極表面形貌、電化學(xué)腐蝕行為、表界面相互作用等;測定生物物質(zhì)(如DNA、蛋白質(zhì)和病毒等)的結(jié)構(gòu)和形態(tài),酶、蛋白的活性和吸附行為、溶液中的構(gòu)型變化和生物分子間的相互作用等;分析納米材料的尺寸、形貌、晶型結(jié)構(gòu)、生長機理、材料光滑表面的微摩擦性能和粘著能的測定等;觀測高分子材料的結(jié)構(gòu)形態(tài)、交聯(lián)程度、聚合分散度、粘彈性、敏感性能、膠體自組裝以及水膠乳成膜過程等。
蘇州飛時曼精密儀器有限公司成立于2013年，在2015年，公司獲得江蘇省高新技術(shù)企業(yè)認(rèn)證，擁有自主知識產(chǎn)權(quán)30多項，研發(fā)的多款產(chǎn)品被評為高新技術(shù)產(chǎn)品，并通過CE、ISO9001、SGS認(rèn)證。公司的核心研究方向為光、機、電、算一體化的微納米檢測設(shè)備、先進的醫(yī)療儀器。飛時曼作為國內(nèi)自主品牌、蘇州飛時曼精密儀器有限公司，其主要產(chǎn)品有：原子力顯微鏡系列（多模式原子力顯微鏡 FM-Nanoview1000AFM、一體式原子力顯微鏡 FM-Nanoview6800AFM、拉曼原子力顯微鏡一體機 FM-NanoviewRa-AFM、光學(xué)原子力顯微鏡一體機 FM-NanoviewOp-AFM、教學(xué)型原子力顯微鏡 FM-Nanoview T-AFM、教學(xué)型掃描隧道顯微鏡 FM-NanoviewT-STM、工業(yè)型原子力顯微鏡 FM-NanoviewLS-AFM、拉曼光譜儀RM5000、拉曼光譜儀RM8000、拉曼光譜儀RM9000）。公司自主研發(fā)的原子力顯微鏡基本都具備輕敲模式，且作為國內(nèi)自主研發(fā)生產(chǎn)的原子力顯微鏡廠家，只是選配與訂做。