新型钴酞菁接枝温敏聚合物的制备及性能

采用2,4,6-三氯-1,3,5-三嗪对四氨基钴酞菁进行改性,并以共价键接枝到聚N-异丙基丙烯酰胺上制得一种新型温敏性高分子催化剂——钴酞菁接枝温敏聚合物,并采用UV-Vis、TG等对其进行表征.对钴酞菁接枝温敏聚合物、温敏聚合物和小分子金属酞菁进行溶解性测试,结果表明与四氨基钴酞菁相比,所合成的钴酞菁接枝温敏聚合物能溶解于水和大多数有机溶剂,且该聚合物水溶液具有良好的温敏性,其最低临界溶解温度(LCST)为34.5℃.采用浊度法考察了不同比例的混合溶剂(乙醇/水、DMF/水)对LCST的影响,结果表明随着有机溶剂含量的增加,LCST先下降后升高,而当有机溶剂增加到一定程度时温敏性消失.本文还考察了钴酞菁接枝温敏聚合物对2-巯基乙醇的催化活性,结果表明随着温度升高,催化活性也不断提高,而当温度超过LCST时催化活性急剧下降,聚合物从溶液中析出.基于这些特性,该温敏聚合物负载酞菁作为一种新型的催化剂可实现均相催化、异相分离.     

由聚丙二醇二缩水甘油醚和甘油制备温敏性超支化聚合物

由聚丙二醇二缩水甘油醚和甘油通过质子转移聚合(proton transfer polymerization)一步法制备了端羟基的温敏性超支化聚醚.聚合产物的分子量(Mn)在1.76×104~2.43×104之间,玻璃化转变温度(Tg)在-31.5~-26.7℃之间,热分解温度(Td)在367~376℃之间.通过控制聚丙二醇二缩水甘油醚和甘油的投料比,实现了对温敏性超支化聚醚最低临界溶解温度(LCST)的调节,LCST可控制在28.3~39.6℃之间.     

具有可控温敏相变行为的四氢呋喃-缩水甘油超支化共聚醚的合成

采用四氢呋喃(THF)和缩水甘油(glycidol)进行阳离子开环共聚,一步合成了主链中含有柔性聚四氢呋喃线型链段的温敏性超支化共聚醚.采用定量13C-NMR确定了共聚醚的超支化结构,同时计算了其支化度.利用体积排除色谱-多角度激光光散射(SEC-MALLS)对聚合物分子量及分布进行了表征.紫外-可见光光谱(UV)测试发现共聚醚水溶液透过率在最低临界溶解温度(LCST)附近呈现剧烈变化,但是其相变速率缓慢,相变平衡时间可达30 min;且聚合物溶液的相变速率和紫外光透过率变化具有温度依赖性.采用透射电镜(TEM)对相变过程观察后发现,这种缓慢相变过程是由于超支化共聚醚组装形成的胶束随温度升高发生不同程度聚集所致.     

基于超支化聚合物制备单分子纳米胶囊及对其包裹客体能力的研究

采用十六酰氯将商品超支化聚甘油醇部分酯化,再将残留的羟基转化为丙烯酸酯或甲基丙烯酸酯基,得到了两亲性超支化聚合物。通过1H NMR求得羟基的酯化度和所得两亲性超支化聚合物的数均分子量。此聚合物作为反相胶束型的单分子纳米胶囊,可用来包裹亲水性染料。用紫外光谱评价了纳米胶囊对染料的包裹能力。结果表明,与不含功能基的单分子纳米胶囊相比,带有少量丙烯酸酯基的纳米胶囊可以包裹更多的亲水性染料,且含丙烯酸酯基比含甲基丙烯酸酯基的纳米胶囊包裹效果更明显。     

基于超支化聚合物的单分子胶束的研究进展

近年来,单分子胶束/粒子(Unimolecular micelle:UIM)引起了人们的极大兴趣,这是由于通过对核和壳的化学设计,粒子的溶解性、生物相容性、刺激响应性、与基质的相互作用等都可得到改进,粒子还可以包裹多种客体。相对于自组装法而言,超支化聚合物法在合成UIM方面具有某些独有的特征,主要表现在:(1)UIM的尺寸主要由超支化聚合物决定,从而具有相当的可预见性;(2)可以大规模、高浓度合成UIM;(3)对聚合物的亲水性没有要求,可以利用的聚合物非常广泛,核-壳结构更为丰富;(4)产品可以以任何形式存在。本文在简要比较以自组装法和超支化聚合物法合成UIM的基础上,主要介绍了以超支化聚合物(特别是超支化聚甘油醚(PG))为支架合成各种核-壳聚合物及其应用。以长链小分子或聚合物改性的PG可以用作纳米胶囊,也可以作为纳米模板来合成各种无机粒子,而后者显示出量子限制效应和模板效应。特别地,一种全亲水壳交联的、刺激响应的粒子的合成显示了超支化聚合物法在合成复杂UIM方面的优势。总之,超支化聚合物法提供了巨大的核-壳结构分子设计空间,为合成功能集成粒子提供了更多机会。     

温敏星形树枝化聚合物的制备及表征

通过两步可逆-加成断裂链转移(RAFT)聚合反应制备了双嵌段树枝化共聚物PPDSn-b-PG1m,以此嵌段共聚物为臂,进一步以1,2-乙二硫醇为交联剂通过二硫键与巯基的交换反应实现核交联,采用"先臂后核"法设计制备了系列以烷氧醚树枝化聚合物为臂的温敏星形树枝化聚合物PPDSn-b-PG1m-SS.采用1H-NMR、GPC对目标星形树枝化聚合物的结构和分子量进行了分析表征;利用变温UV-Vis光谱和原子力显微镜等分别考察了目标星形树枝化聚合物水溶液的温敏行为及其分子形貌特征.结果表明,该类星形树枝化聚合物具有与母体树枝化聚合物类似的优异温敏行为(相转变温度~36?C),其单分子尺寸较大,且随着臂长的不同在底物上分别呈现出明显的星状或球状形貌.     

温度敏感树形聚合物

温度敏感树形聚合物结合了温敏聚合物对温度具有响应行为的特点以及树形聚合物非线形构造的方式、大尺度、结构易于调节和功能化等特征,在智能材料和生物医药等领域有着重要的研究价值和应用前景。此类聚合物可以通过在树形聚合物表面引入温敏基元、控制聚合物结构的亲疏水比例以及采用温敏基元直接构筑聚合物等方式形成,其温敏性可以通过调控聚合物内部或外部基团的亲疏水性、树枝化基元代数、树形构造方式等得以实现与控制。此外,树形聚合物独特的拓扑结构赋予其与线形聚合物不同的温敏行为及脱水机理。本文综述了包括温敏树枝状大分子、温敏树枝化聚合物、温敏超支化聚合物等不同类型温敏树形聚合物近年来的研究进展,重点介绍这些聚合物的合成方法、温敏行为和拓扑结构对温敏行为的影响,以及在纳米材料、生物医用、分子传感器等方面的应用研究。     

多重响应性超支化星形聚合物的合成与组装以及控制释放研究

含二硫键的自引发单体与2-(2-甲氧基乙氧基)乙基甲基丙烯酸酯(MEO₂MA)进行自缩合乙烯基共聚合得到超支化PMEO₂MA(H-PMEO₂MA). 以它作大分子引发剂, 引发二甲氨基乙基甲基丙烯酸酯(DMAEMA)进行原子转移自由基聚合, 合成了具有温度、pH以及氧化还原多重响应性的超支化星形聚合物H-PMEO₂MA-star-PDMAEMA. 证明了H-PMEO₂MA有低临界溶液温度(LCST); 研究了PDMAEMA 链段的长度和溶液的pH值对超支化星形聚合物的LCST的影响. 当H-PMEO₂MA-star-PDMAEMA水溶液温度从2 ℃升高至室温, H-PMEO₂MA变成疏水性而发生聚集, 形成以H-PMEO₂MA为核, PDMAEMA为壳的胶束. 在胶束形成过程中, 将尼罗红装载到这种聚合物胶束中, 形成释药系统, 研究了pH、氧化还原响应性释药性能.     

端基结构对超支化聚合物静电吸附自组装行为的影响

研究了3种具有相同骨架结构、不同端基的超支化聚合物与线型聚阳离子(PDAC)的静电吸附自组装.结果表明,超支化聚合物的组装过程与线型弱酸聚合物相似,都受溶液pH值与无机盐浓度的影响,但影响程度随端基结构不同而变化.此外,对以超支化聚合物为最外层的不同自组装膜的表面形貌及接触角进行了表征,其表面形貌及亲水性随端基结构的不同而不同.     

正离子PVA基温敏性聚合物的合成与表征及其温敏性研究

通过对聚乙烯醇(PVA)进行正离子化和缩醛化改性,制备了一种新型PVA基温敏性聚合物(CAPVA),其盐水溶液表现出最低临界溶解温度(LCST).在LCST温度以下,CAPVA能溶解于水中,其水溶液清澈透明;温度高于LCST后,CAPVA聚集并从水中分离析出.利用元素、表面电荷分析和核磁共振谱对CAPVA的结构进行了表征,并用浊度法研究了正离子接枝率、缩醛度和溶液中NaCl浓度对CAPVA温敏性的影响.     

温度响应性单分子聚合物胶束

单分子聚合物胶束和传统的胶束一样具有核-壳结构,因其结构固定并具有良好的热力学稳定性而越来越受到研究者的关注。当这类胶束的核层或者壳层含有温敏性高分子的时候就可以形成具有温度响应性的单分子聚合物胶束。近年来,人们在温敏性的单分子聚合物胶束的合成与性能研究方面做了大量的工作。本文概述了具有温度响应行为的单分子聚合物胶束的类型、制备方法以及应用等方面取得的新进展,同时结合本实验室的工作,总结了基于超支化大分子的温敏性单分子聚合物胶束的相转变行为研究,并对这类胶束体系的发展进行了展望。     

Programed Thermoresponsive Polymers with Cleavage-Induced Phase Transition

A new programed upper critical solution temperature-type thermoresponsive polymer was developed using water-soluble anionic polymer conjugates derived from polyallylamine and phthalic acid with cleavage-induced phase transition property. Intrinsic charge inversion from anion to cation of the polymer side chain is induced through a side chain cleavage reaction in acidic aqueous media. With the progress of side chain cleavage under fixed external conditions, the polymer conjugates express a thermoresponsive property, followed by shifting a phase boundary due to the change in polymer composition. When the phase transition boundary eventually reached the examined temperature, phase transition occurs under fixed external conditions. Such new insight obtained in this study opens up the new concept of time-programed stimuli-responsive polymer possessing a cleavage-induced phase transition.     

Thermoresponsive Macroporous Scaffolds Prepared by Emulsion Templating

A versatile method to prepare non‐covalently crosslinked polyHIPEs hydrogels from oil‐in‐water high internal phase emulsions (HIPEs) whose aqueous phase contained thermo‐responsive linear polymers is described. The interconnected pore structure of the polyHIPEs is maintained by reversible physical aggregation of thermo‐responsive polymer chains in an aqueous environment. This method to prepare interconnected porous hydrogels using a thermal trigger in the guise of thermo‐responsive polymers by emulsion templating requires no chemical reaction during solidification of the template. This particular feature could provide a safer route to injectable scaffolds as issues of polymerisation/crosslinking chemistry and residual initiator fragments or monomers do not arise     

Thermoresponsive Poly(2‐oxazine)s

The monomers 2‐methyl‐2‐oxazine (MeOZI), 2‐ethyl‐2‐oxazine (EtOZI), and 2‐n‐propyl‐2‐oxazine (nPropOZI) were synthesized and polymerized via the living cationic ring‐opening polymerization (CROP) under microwave‐assisted conditions. pEtOZI and pnPropOZI were found to be thermoresponsive, exhibiting LCST behavior in water and their cloud point temperatures (T_CP) are lower than for poly(2‐oxazoline)s with similar side chains. However, comparison of poly(2‐oxazine) and poly(2‐oxazoline)s isomers reveals that poly(2‐oxazine)s are more water soluble, indicating that the side chain has a stronger impact on polymer solubility than the main chain. In conclusion, variations of both the side chains and the main chains of the poly(cyclic imino ether)s resulted in a series of distinct homopolymers with tunable T_CP.     

一种温敏型超大孔生物分离介质的制备及表征

采用改性琼脂糖对超大孔聚苯乙烯微球进行亲水化修饰(Agap-PS),通过酰基化反应在微球表面引入溴乙酰基(Agap-PS-Br),然后利用原子转移自由基聚合(ATRP)反应在Agap-PS-Br表面接枝温敏聚合物刷,得到一种温敏型超大孔生物分离介质(Agap-PS-PNIPAM).考察了配体、催化剂、溶剂和温度对N-异丙基丙烯酰胺ATRP反应的影响,在优化条件下PNIPAM的接枝量达到了15.07 mg/m2.采用红外光谱(FTIR)、扫描电镜(SEM)、压汞分析、激光共聚焦和蛋白吸附等手段对温敏型超大孔生物分离介质进行一系列表征,结果表明接枝温敏聚合物刷后Agap-PS-PNIPAM具有良好的温敏性,没有堵塞微球的超大孔,微球对蛋白的非特异性吸附大大降低.由于温敏聚合物刷发生了从亲水到疏水构象的转变,40℃时Agap-PS-PNIPAM对蛋白的吸附量是25℃时的2.69倍.压力流速实验表明Agap-PS-PNIPAM柱具有背压低、渗透性和机械稳定性好的优点,同样地由于PNIPAM链在40℃时收缩,此时Agap-PS-PNIPAM柱的床层渗透系数比25℃时提高了15.7％.     

Thermoresponsive Hydrogels from Physical Mixtures of Self-Assembling Peptide and its Conjugate with PNIPAAm

The phase behavior and rheology of a range of physical mixtures of self-assembling octapeptide FEFEFKFK and its conjugate with the thermoresponsive polymer poly(N-isopropylacrylamide) (PNIPAAM) have been studied. These systems typically combined the thermo-responsive character of PNIPAAM and the gelling property of octapeptides where both the elastic behavior and macroscopic melting of the system could be controlled by varying the ratio of pure peptide to peptide-polymer conjugate.     

Thermoresponsive magnetic colloids

The combination of magnetic nanoparticles with thermoresponsive polymer systems leads to the formation of hybrid particle dispersions or composites with a variety of interesting properties and perspectives, including instant dispensability, thermoreversible formation of magnetic fluids, and novel magnetoresponsive properties. Special interest is gained by the magnetic heatability of magnetic particles that allows the activation of thermal effects by the application of a high-frequency electromagnetic field. This review summarizes the recent developments in this young field of research with application potential for magnetic separation, drug release systems, and for sensor and actuator purposes.     

Thermoresponsive Polymeric Nanoemulsions

Summary: Solutions of poly(N‐isopropylacrylamide) (PNIPA) with added sodium dodecyl sulfate (SDS) were investigated by light scattering methods at temperatures of 15–40 °C. The formation of well‐defined nanoparticles of PNIPA was observed on heating at low SDS additions. The effects of PNIPA and SDS concentrations and the molecular weight of PNIPA on nanoparticle parameters were investigated. An interpretation based on stabilization of PNIPA nuclei by SDS was suggested.

The proposed mechanism of nanoparticle formation.