两亲嵌段共聚物溶液内胶束形成的温度效应

合成了一系列具有两亲嵌段结构的聚（乙二醇）（PEO）一聚（丙二醇）（PPO）共聚物．利用荧光探针及示差量热法测定了共聚物水溶液的临界胶束形成温度（CMT）值．发现二嵌段共聚物（PEO－PPO）和三嵌段共聚物（PEO－PPO－PEO）有着类似的变化规律，即随共聚物分子中疏水链（PPO）长度的增大，其CMT值降低．但三嵌段共聚（PPO－PEO－PPO）则因疏水链段处于共聚物分子的两端，因而在溶液中有可能形成立体网状交联结构．此外，利用探针分子在不同极性溶剂中荧光峰值波长发生位移的现象可以对形成胶束内核的组织程度、极性大小进行估测．     

嵌段质量分数对手性超分子螺旋结构自组装的影响

首先,以溴代聚乙二醇单甲醚(PEO-Br)为引发剂、甲基丙烯酸丁酯(BMA)为单体,通过原子转移自由基聚合(ATRP)制备了一系列具有不同聚乙二醇(PEO)质量分数的聚甲基丙烯酸丁酯-b-聚乙二醇嵌段共聚物(PBMA-b-PEO)。在此基础上,将手性酒石酸(TA)以氢键的方式选择性掺入到嵌段共聚物的PEO相中,诱导嵌段共聚物自组装制备具有手性螺旋结构的复合薄膜PBMA-b-PEO/TA。利用小角X射线散射(SAXS)、透射电子显微镜(TEM)和圆二色光谱(CD)对嵌段共聚物复合薄膜进行表征,研究了嵌段质量分数对手性诱导嵌段共聚物螺旋结构自组装的影响。结果表明:掺入TA与嵌段共聚物质量比为0.12、0.15的TA,当PEO质量分数为0.17～0.24时,有利于嵌段共聚物相分离形成柱状螺旋结构;当PEO质量分数增加至0.26时,嵌段共聚物自组装则形成层状结构,在分子间氢键作用下虽然发生手性转移,但无法得到螺旋结构。     

PEO-PPO-PEO水溶液体系胶束化及凝胶化行为的耗散粒子动力学模拟

采用耗散粒子动力学(Dissipative particle dynamics, DPD)模拟方法研究了三嵌段共聚物聚氧乙烯-聚氧丙烯-聚氧乙烯(PEO-PPO-PEO)的胶束化和凝胶化行为. 通过模拟得到了F127(EO₉₉PO₆₅EO₉₉)水溶液的临界胶束浓度和临界凝胶浓度. 结果发现, 在298 K、 质量分数低于40%时, F127水溶液中形成的胶束形状均为球形. 此外,进一步研究了亲水嵌段长度对胶束结构及凝胶形成浓度的影响, 结果发现, 亲水嵌段越短, 越有利于长椭球状胶束的形成, 而临界凝胶浓度随着亲水嵌段PEO长度的增加而降低.     

桥连对嵌段共聚物自组装的调控

通过嵌段共聚物自组装形成“桥连”是制备具有优异力学性能的网络结构的有效途经, 具有重要的应用价值. 但是, 过去的研究工作很少讨论“桥连”对嵌段共聚物自组装行为本身的影响. 该研究评论主要总结了最近几年利用“桥连”对嵌段自组装行为进行调控的工作进展. 作者设计了BABCB三组分线性多嵌段共聚物, 当其自组装形成二元“介观晶体”(球、柱)结构时, 中间B嵌段连接A和C相区(嵌段聚集成的“大原子”), 自然地形成桥连; 减小中间桥连B嵌段的相对长度, 就可以增加其拉伸程度, 从而降低介观晶体的配位数; 另外, 两个末端B嵌段的相对长度可以直接调控A和C“大原子”之间的相对配位数. 基于这两个机理, 自洽场理论计算预测了各种配位数相等和不相等的二元介观晶体结构. 进一步, 将“拉伸桥连”概念拓展到AB型嵌段共聚物体系中, 并且通过多臂星型嵌段共聚物分子结构中的“组合构型熵效应”在AB型嵌段共聚物中形成高比率的桥连构型, 使传统的六角柱状结构转变为了四配位的四方柱状和三配位的石墨烯类柱状结构. 未来, 在ABC三组分嵌段共聚物体系的设计中引入拓扑结构以及使用共混等方法, 有望在介观尺度重铸大多数已知的原子/离子二元晶体结构, 甚至超越原子/离子晶体结构.     

SEOS/h-PEO共混物薄膜的微观分相结构

采用透射电子显微镜(TEM)观察由结晶性均聚物聚氧乙烯(h-PEO)与半结晶性嵌段共聚物聚苯乙烯-嵌-聚氧乙烯-嵌-聚苯乙烯(SEOS)组成的干、湿刷共混物薄膜结构.结果表明:4种共混系统的薄膜结构均由嵌段PEO和PEO均聚物组成球形PEO分散相;随着均聚物含量的增加,PEO分散相尺寸逐渐增大;当均聚物质量分数增大到33.3%时,在聚苯乙烯(PS)连续相中形成了类似胶束的"核-壳"结构.     

水溶液中Pluronic嵌段共聚物聚集行为的介观模拟

通过介观动力学方法(MesoDyn)研究了低浓度下的三嵌段共聚物PEO27PPO61PEO27 (P104)水溶液的聚集行为, 讨论了聚合物浓度、模拟时间对P104水溶液相行为的影响. 在聚合物浓度较低(φ<35%)的情况下, 可以形成三种不同的胶束聚集体：球形胶束(spherical micelle)、胶束簇(micellar cluster)和盘状胶束(disk-like micelle). (1) 球形胶束(5%-10%, φ), 模拟的胶束结构表明疏水的PPO嵌段形成球形内核(micellar core), 而亲水的PEO嵌段形成核壳(micellar corona), 并有水分子存在内核和核壳之中；(2) 胶束簇(11%-15%, φ), 由于球形胶束之间的缔合, 形成直径明显高于球形胶束的聚集体, 其半径比球形胶束大1 nm左右；(3) 盘状胶束(16%-25%, φ), 胶束簇核壳PEO嵌段之间的相互缠绕, 形成了成串的类似盘状的胶束. 模拟中有序参数随浓度的变化证明了这种结构划分的合理性.     

两亲性/双疏性嵌段共聚物共混体系的自组装行为研究

采用耗散粒子动力学方法,研究了两亲性嵌段共聚物和双疏性嵌段共聚物共混体系的自组装行为,探讨了双疏性嵌段共聚物的浓度以及双疏性嵌段共聚物的嵌段体积分数对聚集体结构的影响.结果表明,随着双疏性嵌段共聚物浓度的增加,聚集体发生自囊泡到棒状胶束再到同心圆多舱胶束的转变,且当浓度较高时,同心圆多舱胶束的同心圆层数量与浓度密切相关.当双疏性嵌段共聚物中的嵌段体积分数降低时,球形胶束由同心圆结构转变为非同心圆结构.此外,利用Minkowski泛函方法表征了多舱胶束的形成过程,发现这是一个先形成大尺度球形结构、再形成小尺度内核结构的分级组装过程.     

单一分子量含氟嵌段共聚物的本体及薄膜自组装研究

嵌段共聚物导向自组装作为一种自下而上的图案化工艺,受到工业界和学术界的广泛关注.然而,导向自组装中缺陷率与分子参数之间的关系研究尚不清晰.本文工作基于模块化合成策略,利用迭代指数增长法并结合巯基-双键的点击反应成功制备了高χ低N的单一分子量含氟聚酯嵌段共聚物(oLA_n-FPOSS).单一分子量特征可以排除多分散性对自组装行为的影响.本体自组装研究表明聚酯嵌段和含氟嵌段具有强相分离驱动力,可以形成特征尺寸小于10 nm的六方柱状相结构(HEX).在薄膜自组装中,嵌段共聚物经过简单的热退火可以在硅片表面形成平行基底排布的柱状纳米图案.此外,通过对比研究不同链长单一分子量嵌段共聚物的薄膜组装行为,发现随着嵌段共聚物链长的增长薄膜组装图形缺陷率明显下降,初步揭示了薄膜自组装过程中缺陷形成对嵌段共聚物链长的依赖性.     

PEO-PPO嵌段聚醚的聚集行为及其在药物载体领域的应用

聚氧乙烯-聚氧丙烯(PEO-PPO)嵌段聚醚是一类非离子型高分子表面活性剂,其结构具有很多独特之处:分子结构具有丰富的可设计性,强烈的温度依赖的胶束化行为以及溶剂选择的多样性,这些都极大丰富了其在溶液中自组装形成聚集体的研究内容。本文结合本课题组的工作着重综述了近期国内外有关线型和支状PEO-PPO嵌段聚醚在水溶液中聚集特性的研究进展,以及酸/碱、无机盐、醇类、小分子表面活性剂和聚合物等添加剂对其聚集行为的影响。PEO-PPO嵌段聚醚具有良好的生物相容性,在水溶液中能形成以PPO链段为疏水内核, PEO链段为亲水外壳的胶束结构,该结构非常适于作为疏水药物的载体。因此本文还综述了此类嵌段聚醚作为药物载体方面的研究成果,期望为药物剂型的开发研究提供理论支持。     

P123(PEO20-PPO70-PEO20)嵌段共聚物水溶液物理凝胶化行为的耗散粒子动力学模拟

采用耗散粒子动力学(Dissipative particle dynamics, DPD)方法研究了P123(PEO20-PPO70-PEO20)嵌段共聚物水溶液常温下的物理凝胶化行为. 在体积分数(2%~10%)较低时, P123在水溶液中形成球形胶束. 当P123的水溶液体积分数升高到20%时, 会形成柱状胶束. 在P123的水溶液体积分数为30%和40%时, 观察到具有三维网络结构的凝胶. 这些模拟结果不仅与实验结果一致, 而且证明了耗散粒子动力学方法是一种非常适合研究物理凝胶化行为的重要方法. 另外, 在P123的水溶液体积分数为40%时, 研究了凝胶随着时间发展的形成过程.