嵌段序列对聚合物囊泡形成过程影响的Monte Carlo模拟

采用Monte Carlo模拟方法研究了具有相同链长和组分比的不同嵌段序列的AB两嵌段共聚物与ABA三嵌段共聚物在选择性溶剂中形成囊泡的动力学过程. 模拟结果表明, AB两嵌段共聚物囊泡的形成与ABA三嵌段共聚物囊泡的形成的动力学过程不同. 在慢速退火条件下, ABA三嵌段共聚物囊泡是通过亲水链段向胶束的表面和中心扩散而形成的, 而AB两嵌段共聚物囊泡则由片层弯曲闭合而形成. 相对而言, 退火速度对AB两嵌段共聚物囊泡形成的动力学过程没有显著影响, 其改变仅影响亲水链段与疏水链段发生相分离的难易程度. 当退火速度较快时, 亲水链段和疏水链段发生相分离的速度较快且相分离发生在囊泡形成之前; 而当退火速度较慢时亲水链段和疏水链段之间的相分离在囊泡形成之后仍在进行.     

AB型聚乙二醇单甲醚-聚(L-丙氨酸)嵌段共聚物自组装过程的核磁共振研究

利用核磁共振方法研究了AB型双嵌段共聚物(MPEG45-b-PA32)在选择性溶剂中的自组装行为及胶束化过程.嵌段共聚物在三氟乙酸中聚氨基酸和聚乙二醇链段均处于自由运动状态,聚丙氨酸链段为无规线团结构.在向该溶液中逐渐加入氘代水的过程中,聚丙氨酸链段又重新聚集形成规整的二级结构.结合1H-NMR和COSY谱分析,结果显示这一自组装过程伴随着聚(L-丙氨酸)链段由无规线团向α-螺旋结构的构象转变,同时嵌段共聚物逐渐形成核-壳型胶束结构.利用透射电镜观察了所形成胶束的形态,嵌段共聚物主要形成粒径150 nm到220 nm的球形胶束.     

两亲性含糖三嵌段共聚物的合成与自组装研究

以二(2-溴异丁酸)4,4′-联苯酯(BiBBP)为引发剂,采用顺序加料的方法,用原子转移自由基聚合法(ATRP)合成了一系列窄分子量分布的甲基丙烯酸甲酯(MMA)和6-O-甲基丙烯酰基-1,2;3,4-双-O-亚异丙基-α-D-吡喃半乳糖苷(MAIPGal)的三嵌段共聚物.用GPC和1H-NMR表征了聚合物的相对分子量和链段组成.结果表明,通过改变投料顺序可以合成ABA和BAB型2种三嵌段共聚物,改变投料比和控制单体的转化率可以调控聚合物的链段组成.聚合物脱保护后得到两亲性含糖共聚物.用TEM考察了聚合物在水溶液中的自组装行为,表明具有不同链段组成的共聚物可以形成不同形态的聚集体,含糖段组成高的聚合物易于形成大尺寸的胶团,含糖段组成低的聚合物易于形成结构清晰的囊泡、胶束,其中,含糖段在两边的BAB型共聚物易于形成囊泡,含糖段在中央的ABA型共聚物易于形成胶束.     

ABC三嵌段共聚物的聚合诱导自组装研究

聚合诱导自组装(PISA)是一种在高浓度溶液中可连续大量制备纳米材料的新技术,结合计算模拟方法,研究其动力学过程可强化对PISA的认识和调控.通过耗散粒子动力学(DPD)模拟,研究了ABC三嵌段共聚物的聚合诱导自组装过程.先利用亲溶剂A链段引发B单体聚合,随着疏溶剂B链段的增长,AB二嵌段共聚物可组装并发生聚集体结构的连续转变,由球形胶束→蠕虫状胶束→层状结构→囊泡.再将C单体逐步聚合到AB共聚物上,调控C链段的亲疏溶剂性,可聚合诱导组装或解组装形成不同的ABC三嵌段共聚物聚集体.     

聚苯乙烯-b-聚丙烯酸/聚苯乙烯在水中的自组装及胶束尺寸的研究

利用动态光散射、透射电镜研究了嵌段共聚物聚苯乙烯 b 聚丙烯酸(PS b PAA)与均聚物聚苯乙烯(PS)在选择性溶剂水中的自组装行为.由于均聚物PS与PS嵌段具有相同的结构单元,均聚物PS参与胶束的形成,和嵌段共聚物的PS链段一同组成胶束的核;在适当的均聚物分子量和含量条件下,PS b PAA PS可以自组装形成单分散的纳米胶束;通过改变体系中均聚物PS的分子量和含量可在较大范围内调变胶束的尺寸.     

聚(L-丙氨酸)-聚羟乙基谷氨酰胺双嵌段两亲性共聚多肽的合成及其在水溶液中的自组装

利用光气法分别以L-谷氨酸和L-丙氨酸为原料,合成了γ-谷氨酸苄酯-NCA单体和L-丙氨酸-NCA单体,再以三乙胺为引发剂,合成了聚(L-丙氨酸)-聚(γ-谷氨酸苄酯)(PLA50-b-PBLG20)双嵌段共聚多肽,并用乙醇胺对其中的PBLG嵌段进行亲核取代,把疏水性的苄酯侧链变为亲水性的羟烷酰胺侧链,得到双亲性的聚(L-丙氨酸)-聚羟乙基谷氨酰胺(PLA-b-PHEGA)双嵌段共聚多肽.利用红外光谱和核磁共振谱对产物进行了表征,用TEM研究了双嵌段共聚多肽PLA50-b-PHEGA20在水溶液中的自组装.研究结果表明,双嵌段共聚多肽在水溶液中可自组装形成囊泡.     

两亲性嵌段共聚物PS-b-PMAA的合成与胶束化行为研究

利用原子转移自由基聚合法(ATRP)得到了分子量可控、分子量分布接近1.1的聚苯乙烯-b-聚甲基丙烯酸叔丁酯(PS-b-PtBMA)嵌段共聚物, 进而在酸性条件下由水解反应得到了两亲性的聚苯乙烯-b-聚甲基丙烯酸 (PS-b-PMAA)嵌段共聚物．用GPC, FTIR和¹H-NMR等对产物的分子量和组成进行了表征．使PS-b-PMAA在选择性溶剂中进行自组装, 通过激光光散射和透射电子显微镜研究了影响其胶束化行为的因素与胶束形态, 并初步探讨了胶束形成的机理, 发现通过控制嵌段共聚物的链段长度之比可得到空心球形的高分子胶束．     

两亲性聚合物刷的合成和溶液自组装

结合可控自由基聚合和铜催化的叠氮-炔环加成(Cu AAC)反应,合成了一系列Ab BA型两亲性的聚合物刷.其中A段为亲水性的聚(N,N'-二甲基丙烯酰胺)(PAm);B段为高密度接枝的聚合物刷,其侧链为疏水性的聚苯乙烯(PS).通过核磁氢谱(1H-NMR),凝胶渗透色谱(GPC)表征了聚合物刷的组成及结构,其侧链接枝密度约为100%.研究了亲水链段含量不同的聚合物刷在多种条件下的溶液自组装行为,通过透射电子显微镜(TEM)表征了组装体的形貌.在相同的组装条件下,两亲性聚合物刷中亲水链段含量较高时(5%),组装体形貌为球形,而随着亲水链段含量降低,形貌向片层状胶束和囊泡转变.对聚合物刷PAm195-b-(PA-g-PS67)153-b-PAm195的自组装研究表明,提高初始浓度促使组装体形貌向片层和囊泡转变;采用与PS的溶度参数相近的良溶剂,可提高胶束核的活动性,组装体更容易形成囊泡(热力学稳定态);而采用与PS的溶度参数相差大的选择性溶剂时,组装体倾向于聚集形成大尺寸的囊泡.     

聚二茂铁基硅烷二嵌段共聚物的制备、组装及应用研究

二茂铁分子由于含有独特的芳香结构和过渡金属元素铁,具有特殊的光、电、磁特性,一直以来是科学研究和技术应用的热点之一,在功能高分子材料的制备方面具有广泛的应用前景。聚二茂铁硅烷嵌段共聚物是一类新型的主链含有二茂铁和有机硅单元的聚合物,以其可控的分子量和丰富的自组装形貌,不断得到科研人员的关注。本文主要从聚合、自组装和应用三个方面系统介绍了聚二茂铁硅烷二嵌段共聚物。其中重点介绍了应用广泛的活性阴离子聚合和进一步发展起来的阴离子两步法聚合,解释了活性聚合机理,归纳了目前成功合成的不同种类的二嵌段共聚物;论述了在选择性溶剂中,聚二茂铁硅烷二嵌段共聚物可以自组装形成柱状、管状、球状等常规胶束和片层、刷形等复杂胶束,胶束的形成同聚合一样具有活性特征,并且在一定的刺激条件下,不同类型的胶束可完成相互转变过程,另外可以对胶束局部进行功能化以赋予其特殊的性能;最后介绍了聚二茂铁硅烷二嵌段共聚物在药物缓释、纳米材料、特种催化方面的具体实例,并对其应用前景加以展望。     

由可控聚合反应直接制备不同形貌的聚集体

由可控聚合,包括活性阴离子和自由基聚合直接制备不同形貌纳米材料,是近几年来合成化学领域的一个重要研究成果.与两亲性嵌段共聚物在选择性溶剂中自组装方法不同,在选择性溶剂中进行的分散聚合,首先生成两亲性嵌段共聚物,并逐渐增加第二段聚合物的链长,以实现相分离,形成球形胶束;聚合物链继续增长,实现形貌转变,从而制备预期的聚合物形貌,包括球形胶束、纳米棒、纳米线、囊泡和复合囊泡等.本文综述了乳液聚合法制备球形胶束等形貌;描述了不同聚合体系形成的形貌以及它们的性质和应用,讨论了形貌的形成机理和控制方法,同时指出了存在的问题.     

基于反应性两嵌段共聚物的刺激响应性有机/无机杂化囊泡的制备及性能研究

采用ATRP法制备了结构明确的两亲性嵌段共聚物聚[甲基丙烯酸(N,N-二甲氨基)乙酯-b-甲基丙烯酸(3-(三甲氧基硅基))丙酯],其在甲醇/水的混合溶液中自组装形成囊泡结构,并通过甲基丙烯酸[3-(三甲氧基硅基)]丙酯链段中三甲氧基硅基的水解交联,形成了稳定的共聚物囊泡结构。用光散射、SEM和TEM对囊泡的结构进行了表征。所得共聚物囊泡粒子具有温度和pH双重响应性,通过简单调控温度或pH值来实现囊泡粒子的溶解与沉淀收集,可用于蛋白质等的分离与纯化。     

嵌段共聚物纳米结构设计的计算机模拟研究

嵌段共聚物在本体或在选择性溶剂中可以通过微相分离或自组装形成各种各样的纳米结构,如层状相、球状、棒状及碟状胶束、双层膜、囊泡、纳米管等.这些纳米结构在药物输送、微电子学、先进材料等领域具有令人瞩目的应用前景.因此,研究嵌段共聚物形成纳米有序结构的过程以及理解复杂纳米结构的形成机理具有非常重要的意义.由于嵌段共聚物纳米聚...     

部分水解聚丙烯酰胺-羟乙基纤维素的水相pH响应性自组装

为考察无规共聚物在全水相环境中的自组装行为, 合成了结构类似于无规共聚物的低相对分子质量的部分水解聚丙烯酰胺(HPAM). 尝试改变水溶液pH值来诱导HPAM与羟乙基纤维素(HEC)发生自组装, 采用透射电子显微镜(TEM)观察到不同pH值时分别获得了100 nm的似正方体胶束, 200 nm×100 nm的类椭球胶束, 100 nm的串珠状胶束以及500 nm×300 nm×50 nm的半月形胶束等pH响应性核壳型聚合物胶束. 建立了金在胶束表面原位还原耦合TEM表征方法, 用于检测低衬度聚合物胶束的纳米细节; 配合电子探针X射线微区分析(EPMA)和扫描电子显微镜(SEM), 证实了半月形聚合物胶束的精致分级构造为亲水性内囊@疏水性连续囊壁@亲水性外壳的多泡囊泡, 并证实pH=0.9时多泡囊泡崩解为疏水性内核@亲水性外壳的10 nm类球体小胶束. 通过分析链节质子化状态的pH响应性, 结合zeta电位和吸光度测定结果, 阐释了不同pH值时组成聚合物胶束的核和壳的链段归属, 获得了全水相中HPAM自组装驱动力和形貌方面的全新知识.     

Comb-coil型聚(苯乙烯-异戊二烯)共聚物在正烷烃中的自组装

借助动态光散射(DLS)和原子力显微镜(AFM)研究了具有复杂结构的comb-coil型聚苯乙烯-异戊二烯嵌段共聚物(S-graft-I)-block-S在聚异戊二烯(PI)选择性溶剂正烷烃中的自组装行为. 结果表明comb-coil型分子在庚烷中形成球形胶束. 同时, 这些胶束的尺寸显示出独特的双分布现象. 除常见的PS-PI相分离机理外, 我们还提出一种comb-coil相分离机理. 这些双分布胶束的形成可能正是两种相分离机理共存的结果. 此外, 借助透射电镜(TEM)进一步研究了选择性、接枝度和接枝链长度对自组装行为的影响. 研究发现增加溶剂选择性或增加接枝链链长以及接枝度, 有利于两种尺寸的胶束的形成以及对应分布峰的完全分离.     

刚柔三嵌段共聚物的柱状结构构筑

合成了以酯键和醚键相连的苯和联苯作为刚棒B嵌段,以聚合度为7,12和17的聚环氧乙烷为A嵌段及辛基或十六烷基为C嵌段的ABC型三嵌段线团-刚棒-线团分子.通过核磁共振氢谱和基质辅助激光解吸电离时间飞行质谱(MALDI-TOF MS)对其结构进行了表征,利用偏光显微镜(POM)、示差扫描量热法(DSC)和小角X射线散射实验(SAXS)对其本体状态下的自组装行为进行了研究.结果表明,聚环氧乙烷聚合度为7、烷基链分别为辛基和十六烷基的化合物1a和2a在固相和液晶态分别自组装成倾斜柱状结构和矩形柱状结构,而具有长聚环氧乙烷链的化合物2b、2c和1c在固相都自组装成倾斜柱状结构.发现聚环氧乙烷链和烷基链的长度显著地影响线团-刚棒-线团分子体系的自组装行为.通过改变线团-刚棒-线团分子体系中柔性链长度的策略,可以精确地调控刚柔三嵌段共聚物的聚集体结构.     

配体链包覆纳米粒子的表面相分离及自组装的模拟研究

通过耗散粒子动力学方法,模拟了二元配体链包覆的纳米粒子表面的相分离行为,并与现有的模拟和实验体系进行对比.研究结果印证了相分离驱动力是配体链错位所导致的构象熵的结论.进一步以相分离得到的Janus和三嵌段Janus结构纳米粒子作为构筑单元,研究了其在选择性溶剂中的自组装行为.结果表明,Janus粒子易自组装成为双层囊泡结构,而三嵌段Janus粒子则更易形成单层囊泡结构.对于从配体链包覆的纳米粒子出发,设计具有特殊功能的囊泡提供了理论支持.     

肽类树枝状大分子:自组装胶束及药物释放研究

本文以三代聚谷氨酸肽类树枝状分子(G3-Glu)为大分子引发剂,引发N-羧基-L-苯丙氨酸-环内酸酐(NCA-Phe)的开环聚合反应,制备聚谷氨酸树枝状大分子-聚苯丙氨酸嵌段共聚物.嵌段共聚物通过自组装形成以聚苯丙氨酸链段为核,聚谷氨酸树枝状大分子为壳的胶束.将抗肿瘤药物阿霉素负载到高分子胶束中,研究其药物释放性能及体外抗肿瘤效果.结果表明,共聚物胶束具有良好的生物相容性.载药胶束具有药物缓释效果,药物持续释放时间可达60h.载药胶束的体外抗肿瘤实验表明其对肝癌细胞HepG2具有很好的杀灭效果,共培养48h后对癌细胞的杀死率可高达75%.     

多分散性对两亲性两嵌段共聚物在选择性溶剂中自组装行为影响的Monte Carlo模拟

采用Monte Carlo模拟方法研究了多分散性AB两亲性两嵌段共聚物在选择性溶剂中的自组装行为.模拟结果表明,嵌段共聚物的多分散性对体系在选择性溶剂中自组装所形成的胶束形貌结构有很大影响.当AB两嵌段共聚物的多分散系数由1.0增加至1.4时,体系中自组装所形成的胶束将会发生由囊泡到片层直至球状的一系列形态转变.通过统...     

PAn-PEG-PAn三嵌段共聚物的合成和表征

在合成α,ω-双(对氨基苯基)聚乙二醇(BAPPEG)的基础上, 用化学氧化共聚法制备了PAn-PEG-PAn三嵌段共聚物. 研究了共聚时苯胺(An)与BAPPEG摩尔比(r)对共聚物的化学组成、UV-Vis谱图、热稳定性和在水溶液中的自组装特性的影响. 结果表明：随着r的增加, 共聚物中PAn链段的含量增大；其UV-Vis谱图中对应PAn链段的吸收峰出现红移, 且红移的程度增加； 热稳定性提高. 三嵌段共聚物在水中表现出自组装特性： 随着r的增加, 先形成粒径约为90 nm的PAn链段/PEG链段球型核壳胶束, 然后形成长为400～800 nm, 直径约为30 nm的棒状结构, 和棒状结构聚集形成的网状结构, 最后又变成球型胶束.     

显式溶剂模型模拟嵌段共聚物在纳米微滴中的图案化结构

采用耗散粒子动力学(DPD)方法研究了嵌段共聚物在纳米微滴中的相分离行为.模拟是将共聚物纳米微滴置于溶剂环境中进行自发相分离,从而形成一些图案化结构.由于是受限体系,所形成的结构和在溶液或熔融体中形成的相分离结构有所差异,这些结构的形成与亲/疏溶剂嵌段比例(RH/T)有关系.随着亲/疏溶剂嵌段比例的增加,依次形成了枣糕球体、排球状相、多层囊泡(洋葱相)、笼状相、纳米杆状相和分散胶束等结构.我们对洋葱相的形成过程进行了详细的描述.溶剂粒子的集群属性有助于更加深入地了解洋葱相的结构衍化.采用密度曲线分析了洋葱相的结构.在较高的亲/疏溶剂嵌段的比例条件下,嵌段共聚物主要表现为亲溶剂性,通过吸收大量的溶剂溶胀形成疏松结构或瓦解形成分散的胶束悬浮在溶剂中.本文模拟结果与理论或实验结果基本吻合.