基于生物刺激源的响应性聚合物及其可控自组装

基于生物刺激源的响应性大分子自组装体系对智能聚合物领域的发展具有重要的意义。本文回顾并综述了近年来在该领域内针对生物大分子及各种小分子作为刺激源的大分子自组装体系及其研究现状。依据不同类型的刺激源进行分类,论述了近年来的研究进展,并合理展望了该领域未来的发展前景。     

CO2刺激响应聚合物

CO2刺激响应性聚合物是新近发展起来的一类智能型刺激响应聚合物,是指在通入和排出CO2后,聚合物性质能够发生可逆性变化的新型聚合物。由于调控过程中仅仅涉及CO2以及一些惰性气体而不引入其他杂质,因此具有多方面的潜在应用价值。本文调研了这方面的工作,综述了几类CO2刺激响应聚合物的合成及其自组装,并指出了CO2刺激响应聚合物的应用前景和发展方向。     

基于胆汁酸的刺激响应聚合物

刺激响应聚合物是当今材料科学研究的热点之一。其在外界刺激下,自身的物理或者化学性质发生变化产生响应,在药物可控释放、生物传感器、催化、吸附分离等方面有广阔的应用。胆汁酸是天然的甾类生物分子,其分子结构中含有羟基和羧基等官能团,容易进行化学修饰,且具有双亲性和一定的刚性。在聚合物中引入胆汁酸分子,能够从结构和功能两个方面丰富刺激响应高分子的研究。一方面,胆汁酸及修饰的胆汁酸既可以作为单体直接聚合,也可以被连接到含有一定官能团的聚合物上,由此可以得到以胆汁酸作为主链、侧基、端基,以及胆汁酸作为星形聚合物的核等多种聚合物结构。另一方面,胆汁酸的引入不仅可以提高聚合物的生物相容性,有效地赋予聚合物胆汁酸结构的独特性质,而且可以用于构建具有一定刺激响应功能的组装结构,进而应用于形状记忆、手性分离、药物载体等材料中。本文综述了基于胆汁酸的刺激响应聚合物近年来的相关工作,从基于胆汁酸的刺激响应聚合物的分子设计和结构构筑出发,结合其性质和应用进行论述,也对该领域的改进和发展提出展望。     

基于环糊精的智能刺激响应型药物载体

智能药物载体凭借其独特的刺激-响应机制控制药物的释放速度和转运部位,已成为当前化学与药学领域的研究热点之一。由于具有提高药物在体内的生物利用度和降低其毒副作用等优点,智能药物载体将在未来的临床治疗中起到越来越重要的作用。近年来,环糊精作为药物载体材料的研究取得了巨大进步,其在药物控释的时间、空间和剂量上更为准确。环糊精具有大环结构,可自组装、易于功能化、天然无毒且价格低廉,已被广泛应用于构筑智能药物载体。凭借其自组装、分子识别和动态可逆性能力,环糊精可以同其他生物相容性材料构筑具有不同性能的智能药物载体。这种载体可在外界刺激下做出相关理化性质改变的反馈调节,包括通过内源性刺激(pH值、氧化还原物质和酶浓度等)和外源性刺激(温度、光、磁场、超声和电压等),进而控制药物的释放。本文综述了面向不同刺激因素的基于环糊精智能刺激响应型药物载体的作用机理、特点和应用的最新研究进展,并对其发展前景作了进一步的展望。     

刺激响应型聚合物刷的研究进展

本文综述了刺激响应型聚合物刷的研究进展,阐述了刺激响应型聚合物刷的分类、与基体表面的连接方式以及常规制备方法,介绍了离子强度、温度、pH值、光、溶剂等刺激响应型聚合物刷及其研究现状,并对相应的刺激响应机理进行了探讨。此外,本文还综述了多重刺激响应型聚合物刷的制备设计思路及其刺激响应特性,概述了聚合物刷在响应外界刺激后对基体的弯曲作用以及利用该作用进行可控三维自组装,并对刺激响应型聚合物刷的应用前景进行了展望。     

偶氮苯基两亲性聚合物的自组装行为研究进展

偶氮苯基两亲性聚合物结合了偶氮苯基团的光响应、酶响应、主客体识别特性和两亲性聚合物的自组装特性,能够在选择性溶剂中发生聚合物可控自组装行为,这使得其在药物控释、纳米技术和生物医学材料等领域受到了广泛的关注。本文从结构类型和合成方法出发,综述了新型偶氮苯基两亲性聚合物在溶液中的自组装研究进展,并对该领域的发展前景进行了展望。     

刺激响应型肽自组装及其应用

肽自组装体由于具有结构稳定、易调控、生物相容性好、可生物降解等优点,在构筑新型材料及生物医药领域表现出了巨大潜力。本文介绍了肽自组装的概念、机理和应用,详细归纳了刺激响应型肽自组装的研究进展;按照刺激源的不同将刺激响应型肽自组装分为pH响应型肽自组装、温度响应型肽自组装、溶剂响应型肽自组装、光响应型肽自组装、超声波响应型肽自组装以及离子响应型肽自组装;列举了肽自组装在药物控释、脊髓损伤修复、仿酶催化、生物模板等领域的应用。最后,基于目前肽自组装存在的一些问题(如影响肽自组装结构的外界因素不易精准把控、自组装的研究与生命科学领域的交叉程度低等)对肽自组装的发展做了展望。     

刺激响应型聚合物前药

前药(prodrug)是一类经过生物体内转化后才具有药理作用的化合物。与传统纳米药物输送系统相比具有载药率确定、稳定性高、爆释现象小等优点。但是,前药本身也面临着可控性,特异性释药不足而引起效果不佳等问题。因此,能够靶向病灶部位并能够针对病灶部位进行特异性释药的刺激敏感型前药受到广泛研究。本文以国内外学者及本课题组的研究成果为基础,以肿瘤部位特殊的生理环境为背景,综述了近年来pH敏感、温敏、氧化还原敏感、酶敏感等生物刺激响应型抗肿瘤聚合物前药的研究进展。     

刺激响应性刚柔嵌段共聚物的自组装

刚柔嵌段共聚物是指刚性链段和柔性链段以共价键相连形成的共聚物。不仅由于刚性链段有序排列的特点使得其自组装行为更为丰富多样,而且刚性分子将优异的功能特性赋予到超分子组装体中,有望实现超分子材料的功能应用。这类嵌段共聚物在溶液中自组装形成的聚集体会对外界的刺激(例如pH、光、温度、化学添加剂等)敏感,产生聚集体形态的变化。本文选取了部分典型的具有刺激响应性的刚柔嵌段共聚物,介绍了其智能自组装行为,并对其良好的发展前景做了展望。     

刺激响应聚合物在金纳米粒子催化体系中的应用

刺激响应聚合物是近几年来研究的热点之一,这类聚合物能够感受外界刺激而发生响应,产生物理或化学性质的变化。金纳米粒子由于量子效应,具有良好的催化性质,因此有广阔的应用前景。但是在实际的应用中却常常面临易于团聚的问题,因此时常需要将其负载于载体之上。将刺激响应聚合物引入金纳米粒子催化体系之中,一方面可以发挥普通载体所能起到的分散作用,防止金纳米粒子团聚,另一方面也可实现可控催化,可以通过外界条件的改变来调控金纳米粒子的催化性能。本文综述了该体系近期的研究进展,从体系的构建方式、刺激响应类型等方面进行了论述,并对该体系的研究与应用进行了总结与展望。     

环境响应性聚合物刷的制备与应用

聚合物在材料表面通过物理吸附或化学接枝所形成的刷子状单分子层被称为聚合物刷,环境响应性聚合物刷能够根据环境微小变化可逆改变自身的物理化学性质,高分子链构象呈现伸展或塌缩状态等,显示了潜在的应用价值。本文综述了环境响应性聚合物刷的研究进展,讨论了温度响应性、pH值响应性、光响应性聚合物刷的结构特征和环境响应性机制,以及聚合物刷的各种制备方法,并着重介绍了其在智能膜、药物控释、催化、自组装、分子器件等领域的应用。     

Stimuli-responsive multilayer chitosan hollow microspheres via layer-by-layer assembly

Novel stimuli-responsive multilayer chitosan hollow microspheres with chitosan as the unique component have been fabricated by the sequential layer-by-layer electrostatic assembly technique from the sacrificial templates (polystyrene sulfonate, PSS) with chitosan (CS) as the polycation and carboxymethyl chitosan (CMCS) as the polyanion, respectively. Their hollow structure was confirmed by the TEM analysis. The DLS analysis indicated that the multilayer chitosan microcapsules were pH and ionic strength dual-responsive. Due to the biocompatibility of the single component chitosan used, the multilayer chitosan microcapsules are expected to be used in the controlled release of drugs.     

分子量分布对聚合物体系相行为影响的研究进展

聚合物合成工艺往往会使聚合物原料的分子链链长呈现出长短不一的状态,这就使得该聚合物的分子量分布呈现出多分散性。而这种多分散性的分子量分布会对不同性质的聚合物共混体系的相行为产生不同的影响。本文阐述了研究分子量分布对多相多组分聚合物体系的相行为影响的重要性,并分别从高分子溶液体系、嵌段共聚物、聚合物一聚合物共混体系、胶体...     

布朗运动在现代高分子物理学的重要地位

介绍了大分子布朗运动的特点。从布朗运动与大分子链柔顺性的关系、分子热运动与分子间相互作用的竞争、分子热运动与熵致相变的关系等方面论述布朗热运动在现代高分子物理学中的重要地位,指出深入研究布朗运动及其影响对于更好理解聚合物(包括其它软物质)的结构、性能特征具有深刻意义。     

Stimuli-responsive polymer/metal composites: From fundamental research to self-regulating devices

The review focuses on stimuli–responsive composite materials consisting of polymers and metals. Special attention is drawn to the conversion of one external stimulus into another one, which leads to a cascade effect on the interaction with the vicinity. Beside fundamental aspects concepts for technical applications of those polymer/metal composites are presented.     

Click-Formed Polymer Gels with Aggregation-Induced Emission and Dual Stimuli-Responsive Behaviors

Stimuli-responsive polymer gels have recently attracted great attention due to their heat/solvent resistance, dimensional stability, and unique sensitivity to external stimuli. In this work, we synthesized thiol-functionalized tetraphenylethylene (TPE) and constructed polymer gels through thiol-ene click reaction. The synthetic process of the polymer gels could be monitored by fluorescence emission of TPE moieties based on aggregation-induced emission mechanism. In addition, due to the dual redox- and acid responsiveness of the polymer gels, in the presence of dithiothreitol and trifluoroacetic acid, fluorescence quenching of the polymer gels can be observed. This stimuli-responsive characteristics endows the polymer gels with potential applications in fluorescent sensing and imaging, cancer diagnosis and selfhealing materials.     

Biological Stimuli-responsive Polymer Systems: Design,Construction and Controlled Self-assembly

Biological stimuli-responsive polymers have increasingly attracted attention in recent years because it can satisfy many requirements of applications related with human body while traditional systems do not meet.Due to the importance of this burgeoning field,great efforts have been devoted and,up to now,polymer chemists have made a remarkable success in this prospective research topic.In this review,we systematically generalize the present state of biological stimuli-responsive polymer systems.We highlight several representative examples to specify the current problems and look ahead a clear sense of direction in this area.     

智能高分子表面的设计及其在生物医学中的应用

一般高分子材料表面对外界刺激反应性较弱,但利用一些化学或物理方法可提高其响应性,使其智能化。本文介绍了近年来智能高分子表面的几种设计思路、响应机理及其在生物医用材料方面的应用,并且提出了今后的发展趋势。     

两亲性杂侧链聚合物刷的合成及其乳化功能

报道了一种随机高密度接枝亲水、疏水聚合物侧链的刷形两亲性聚合物.首先,结合可逆加成-断裂链转移(RAFT)聚合和后修饰方法,得到含叠氮侧基的聚甲基丙烯酸缩水甘油酯(PGMA-N3)作为主链;再分别合成端炔基聚苯乙烯(PS)和端炔基聚环氧乙烷(PEO),然后通过铜催化的叠氮-炔环加成反应,将疏水性PS和亲水性PEO同时高效的接到PGMA主链上,制得两亲性杂侧链的聚合物刷.由凝胶渗透色谱(SEC)分析得知,在主链叠氮基团与两侧链总炔基的摩尔投料比为1∶1的条件下,PS和PEO的接枝效率很高,都大于90%.通过调节主链长度和2种侧链的投料比,获得不同组成的聚合物刷.通过等质量的甲苯/水混合体系,考察两亲性聚合物刷的乳化能力,发现主链聚合度为100,PS∶PEO比例为70∶30的聚合物刷表现出最佳的乳化性能.