基于聚合物刷微图案的生物素化梯度表面制备研究

提出了基于叠氮功能化聚合物刷微图案制备生物素化梯度表面的方法 .通过数字微镜器件(DMD)调控光辐照引发表面原子转移自由基聚合(ATRP)反应,制备叠氮功能化的聚(2-(2-叠氮-2-甲基丙氧基)甲基丙烯酸乙酯)(PAMEMA)聚合物刷微图案,采用X射线光电子能谱仪(XPS)和飞行时间二次离子质谱仪(TOF-SIMS)对PAMEMA聚合物刷微图案的化学组成及分布进行表征,表明叠氮基团在聚合物刷图案化表面的区域选择性分布;以叠氮基团为反应位点,通过点击化学反应实现PAMEMA聚合物刷微图案表面的生物素化,借助荧光标记的链霉亲和素染色实验表征生物素在微图案表面的分布情况;以具有厚度变化的PAMEMA聚合物刷微图案为模板制备生物素表面,结果表明通过控制聚合物刷的厚度可以对微图案表面固定生物素分子的空间密度进行调控以实现具有复杂结构的生物素化梯度表面的成功制备.     

激光调控自缩合表面引发原子转移自由基聚合制备超支化聚乙二醇刷

采用二溴异丁基酯化低聚乙二醇甲基丙烯酸酯(OEGMA-Br)为自引发性单体,以三(2-苯基吡啶)合铱为光氧化还原催化剂,通过激光调控自缩合表面引发原子转移自由基聚合(SI-ATRP),在硅片表面制备超支化聚乙二醇(PEG)聚合物刷.在对硅片-溶液界面与硅片表面溶液中自引发性单体OEGMA-Br自缩合ATRP反应机理推导的基础上,硅片表面反应溶液的核磁共振(1H-NMR)表征及聚合物刷表面活性末端官能团的光电子能谱(XPS)表征证实了所得表面PEG聚合物刷的超支化结构;椭圆偏光仪对不同反应条件下聚合物刷厚度的表征表明过高或过低的自引发性单体浓度均不利于超支化PEG聚合物刷的生长,同时其生长过程受到聚合时间和光辐照强度的影响;采用异硫氰酸荧光素(FITC)标记牛血清蛋白表面吸附实验证明PEG聚合物刷微图案的非特异性抗蛋白吸附性能.     

基于葡萄糖和苯硼酸基元之间的可逆共价键构筑多重响应性高分子复合物胶束

通过可逆加成-断裂链转移(RAFT)的聚合方法,合成了分别含有苯硼酸基元和葡萄糖基元的聚(N-异丙基丙烯酰胺)-b-聚(丙烯酰胺基苯硼酸)(PNIPAM-b-PAPBA)和聚(N-异丙基丙烯酰胺)-b-聚(丙烯酰葡萄糖胺)(PNIPAM-b-PAGA)二嵌段聚合物.由于苯硼酸和葡萄糖基元之间在弱碱性条件下(pH9.3)形成硼酸酯共价键,两种二嵌段聚合物的水溶液混合后能自发形成以PAPBA/PAGA络合物为核,PNIPAM为壳层的高分子复合物胶束.由于硼酸酯共价键在pH值和葡萄糖浓度改变时能可逆形成和断裂,以及胶束PNIPAM壳层的温敏性,所制备的基于苯硼酸/葡萄糖可逆共价键的高分子复合物胶束对pH、葡萄糖和温度具有多重响应性.     

Au/聚4-乙烯基吡啶-b-聚乙二醇嵌段聚合物刷的合成及其pH响应行为

作为受限高分子体系的一个经典模型,高分子刷在胶体稳定、聚合物链的自组装以及摩擦学等方面具有潜在的应用价值。 本文通过原子转移自由基聚合(ATRP)和点击化学(Click Chemistry)方法在金(Au)基底表面制备了pH响应性聚4-乙烯基吡啶-b-聚乙二醇(P4VP-b-PEG)嵌段聚合物刷。 通过频率-耗散型石英微天平(QCM-D)、X射线光电子能谱(XPS)和原子力显微镜(AFM)等技术手段分别对Au/P4VP-b-PEG聚合物刷经不同pH值溶液处理后的形态变化、表面组成和表面形貌进行了进一步深入研究。 结果表明,用不同pH值溶液处理P4VP-b-PEG嵌段聚合物刷后,该聚合物刷呈现刺激响应规律。 当pH=1.5时,P4VP链段质子化,由于静电排斥作用使P4VP-b-PEG链段呈伸展构象;当pH=11.5时,P4VP链段去质子化,并且由于失去部分结合水,P4VP-b-PEG链段呈塌缩构象。     

基于苯硼酸的葡萄糖响应性聚合物材料在胰岛素投递和血糖检测中的应用

近年来,葡萄糖响应性聚合物材料因其在糖尿病诊断和治疗领域的潜在应用而被广泛研究.其中基于苯硼酸(PBA)的葡萄糖响应性聚合物作为人工合成材料而具有体系稳定,可逆响应的优势.本文主要从自调节胰岛素投递和血糖持续检测两个方面综述近年来基于苯硼酸体系的聚合物材料的研究进展.自调节胰岛素控制释放体系主要包括葡萄糖响应性微/纳米凝胶、聚合物胶束和囊泡3种形态,它们的形态结构组成对葡萄糖响应性能力,反复开关释放及胰岛素的包覆都有很大的影响.基于苯硼酸体系的血糖持续检测方法主要包括荧光感应器和可视感应器.随着这些聚合物材料性能的逐步完善,它们将更有实际应用的潜力.     

糖响应性生物基聚电解质胶囊的制备与性能研究

选用功能单体3-氨基苯硼酸(APBA)和乳糖酸(LA)分别对聚谷氨酸(γ-PGA)和壳寡糖(CS)接枝改性后制备聚谷氨酸-g-氨基苯硼酸(γ-PGA-g-APBA)及糖基化壳寡糖(GC); 以二氧化硅微球为模板, 通过γ-PGA-g-APBA和GC间的静电相互作用进行层层自组装, 再经脱除模板则可获得形貌规整可控的生物基胶囊. 通过红外光谱(FTIR)和核磁共振(¹H NMR)对聚合物化学结构、接枝率进行表征; 利用Zeta电位监测聚合物电解质层层自组装的进程, 并通过透射电镜(TEM)和扫描电镜(SEM)观测胶囊的形貌. 同时考察了胶囊在不同温度、盐浓度、pH值及糖浓度下的刺激响应, 研究结果表明胶囊在一定的温度、盐浓度、pH值下能稳定存在; 低浓度葡萄糖刺激时胶囊形貌完整, 而高浓度葡萄糖刺激时, 胶囊溶胀直至结构与形貌破坏, 说明功能单体LA和APBA的引入可赋予胶囊具有葡萄糖响应性. 这种具有良好稳定性和葡萄糖响应性的生物基胶囊有望应用于糖尿病的诊断和治疗.     

全亲水丙烯酰胺/丙烯酸类梳型聚合物的合成及双重响应性聚集行为

以引发剂量的壳聚糖 (CS)为母体骨架,通过与丙烯酰胺 (AM)和丙烯酸 (AA)连续的自由基聚合反应,制备了一种全亲水丙烯酰胺/丙烯酸类梳型聚合物 (CS-PAM/PAA).聚合物中丙烯酰胺和丙烯酸的组成比例可通过控制反应时间调节,并可通过核磁共振碳谱定量计算.该聚合物具有全亲水嵌段共聚物的特性,在水溶液中具有良好的pH响应性和离子响应性.聚合物溶于水并在酸性条件下自组装形成囊泡结构的聚集体,多价金属离子(如Tb³⁺离子)也可以引起聚合物的响应聚集.     

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。     

基于含苯硼酸聚合物的双响应性胶束

分别合成了苯硼酸修饰的嵌段聚合物聚乙二醇-b-聚(天冬氨酸-co-天冬酰氨基苯硼酸)[PEG-b-P(Asp-co-AspPBA)]和含有二硫键及多元二醇的小分子3,3'-二硫代二[1,2(S)-丙二醇](DTBPD). 以DTBPD为小分子交联剂, 通过二醇单元与苯硼酸之间的共价酯化作用, 诱导PEG-b-P(Asp-co-AspPBA)自组装形成以苯硼酸环酯为核、 PEG为壳的交联胶束. 利用核磁共振氢谱和激光光散射对胶束的结构进行了表征, 并分别测定了该胶束在葡萄糖和氧化-还原试剂二硫苏糖醇(DTT)刺激下的响应行为. 结果表明, DTBPD可与聚合物链上的苯硼酸形成苯硼酸环酯, 通过交联作用诱导聚合物形成胶束. 交联度不同时, 胶束对于外界刺激(葡萄糖和DTT的响应行为也不同: 随着DTT和葡萄糖浓度的增加, 交联度高的胶束只发生响应性溶胀, 交联度低的胶束则先溶胀, 之后溶胀程度较大的部分胶束则发生解体, 导致胶束的平均粒径减小.     

双重响应性生物基自修复凝胶的制备及其性能

为拓宽多重响应性凝胶在生物医学领域中的应用,本文基于生物大分子构筑具有pH响应、糖响应性的可自修复性水凝胶。 本文选用3-氨基苯硼酸(APBA)和2,3-环氧丙基三甲基氯化铵(CHGTA)分别对聚谷氨酸(γ-PGA)和瓜尔胶(GG)进行改性制备了聚谷氨酸-g-氨基苯硼酸(γ-PGA-g-APBA)和阳离子瓜尔胶,在此基础上,对γ-PGA-g-APBA和阳离子瓜尔胶进行物理共混制备生物基凝胶。 通过傅里叶变换红外光谱仪(FTIR)、核磁共振波谱仪(¹H NMR)和流变仪对聚合物化学结构、接枝率、流变性能和力学性能进行表征,并考察了凝胶在不同pH值及糖浓度下刺激响应性。 结果表明,凝胶具有自修复性,修复效率可达100%;具有pH响应性,在环境pH值较高时更易形成凝胶,且凝胶强度随pH值升高而增大;同时所制凝胶具有糖响应性,在4 g/L的葡萄糖溶液中浸泡后即可导致凝胶解体。 这些结果说明功能基团APBA的引入可赋予凝胶多重响应性。 所制的双重响应性生物基凝胶具有良好的生物相容性,有望应用于生物医学、功能器件、传感等领域。     

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。     

纤维蛋白在聚(2-甲基-2-噁唑啉)/聚丙烯酸混合聚合物刷上的吸附-脱附行为

以聚多巴胺(PDA)为黏结剂,在硅、玻璃和金的表面制备了由具有抗蛋白质吸附功能的聚(2-甲基-2-噁唑啉)(PMOXA)和具有刺激响应性的聚丙烯酸(PAA)组成的混合聚合物刷.通过X-射线光电子能谱(XPS)、可变角光谱椭偏仪(VASE)对其进行了表征,并利用水接触角(WCA)研究了聚合物刷表面的亲/疏水性.选取pH?...     

pH响应性表面对蛋白质吸附的调控

通过表面引发原子转移自由基聚合在固定了引发剂的硅表面接枝了聚甲基丙烯酸叔丁酯(PtBMA),而后通过水解得到聚甲基丙烯酸(PMAA)聚合物刷.通过X射线光电子能谱、椭圆偏振仪和水接触角测试证明了接枝改性的成功.研究发现PMAA改性表面的浸润性和对蛋白质的吸附行为都具有一定的pH响应性.在较低pH值时改性表面相对疏水,随...     

表面引发聚合新进展及应用

综述了近年来聚合物刷合成与应用方面的新进展.简要介绍了利用表面引发原子转移自由基聚合(SI-ATRP)制备聚合物刷的历程和重要进展.重点论述了通过电化学、光诱导以及牺牲阳极技术、仿生合成等发展了多种表面引发ATRP新方法,基于如何将聚合物从分子尺度过渡到微米尺度的思考,实现了多尺度聚合物刷结构的制备.简要综述了聚合物刷在以下3个方面的应用研究:(1)智能驱动,利用聚合物刷构象变化,实现微悬臂驱动、辅助放大的电驱动以及仿毛毛虫运动.(2)生物润滑,利用聚合物的环境响应行为实现了对摩擦系数的调控,并发展了球刷型润滑材料.(3)表面防污,表面接枝含离子液体官能团的聚合物刷,并与仿生技术相结合,利用化学组成和结构化协同效应,得到一系列高性能低毒海洋防污界面材料.     

基于互穿网络结构的pH/温度双重刺激响应性微凝胶的研究

室温下采用氧化-还原引发体系,以低交联密度的聚(N-异丙基丙烯酰胺)(PNIPAM)微凝胶为种子,通过种子乳液聚合法合成由PNIPAM和聚丙烯酸(PAA)形成的具有互穿聚合物网络结构的微凝胶.傅立叶变换红外光谱分析结果表明微凝胶由PNIPAM和PAA两种聚合物组成,透射电镜表征结果证实微凝胶中PNIPAM和PAA两种聚合物形成了互穿网络结构.用动态激光光散射测试不同温度或pH值水介质中微凝胶的粒径,结果发现微凝胶具有良好的pH/温度双重刺激响应性.在水介质pH值大于5.5的情况下,PAA组分对微凝胶的体积相转变温度没有影响;而在水介质pH值为4.0的情况下,由于PAA与PNIPAM之间的氢键作用,微凝胶的体积相转变温度稍微降低.微凝胶中PAA组分含量越高,其pH刺激响应性越显著.     

pH响应性阳离子微凝胶-纳米Pd催化剂的制备及性能

以聚乙二醇甲基丙烯酸酯(PEGMA)为大分子稳定剂,通过乳液聚合制备稳定性良好的具有pH响应性聚甲基丙烯酸二乙基氨基乙酯(PDEA)微凝胶,以其为模板将一定量的四氯钯酸钠(Na2PdCl4)溶液通过静电作用充分络合到高分子微凝胶的网络结构中,并以NaBH4为还原剂,原位合成法制备pH响应性阳离子微凝胶-纳米Pd催化剂.利用透射电镜(TEM)、动态光散射(DLS)、紫外-可见分光光度计(UV-Vis)、热重分析(TGA)和X射线衍射仪(XRD)分别对阳离子微凝胶-纳米Pd催化剂的形貌、pH响应性、静电力、Pd负载量和Pd晶型进行了表征及分析.结果表明,制备得到的纳米Pd的平均粒径约为3.5 nm;紫外吸收光谱图中,PDEA-Na2PdCl4复合体系在波长280 nm出现吸收峰,证明PdCl42-与微凝胶之间存在相互作用力;pH响应性阳离子微凝胶-纳米Pd催化剂还原4-硝基苯酚具有很好的催化活性,其催化活性与微凝胶网络的pH响应性有一定关系.此外对阳离子微凝胶-纳米Pd催化剂循环使用的状况进行了初步研究.     

基于含苯硼酸三嵌段共聚物的糖响应性水凝胶

设计合成了一类新型结构的聚环氧乙烷(PEO)大分子链转移剂,调控3-丙烯酰胺基苯硼酸(AAPBA)的可逆加成断裂-链转移(RAFT)自由基聚合,合成得到3种PAAPBA链段长度不同的PAAPBA-bPEO-b-PAABPA3嵌段共聚物.研究了3种聚合物在生理pH值下的凝胶化行为,证明凝胶的形成与PAABPA的长度有关,当该链段较长时,由于PAABPA链段疏水性太强,不能形成稳定的水凝胶.详细研究了聚合物浓度、温度、葡萄糖浓度对凝胶流变行为的影响,证明共聚物浓度越高,形成的凝胶的强度更大,性质上更接近于固体,浓度较高条件下形成的凝胶的转变温度较高.凝胶表现出葡萄糖敏感性,当高葡萄糖存在时,随时间延长,凝胶会发生崩解直至最后溶解.凝胶亲水微区能包载蛋白质FITC-BSA,加入葡萄糖后,FITC-BSA的释放加快.     

两亲性PS-b-PEG嵌段共聚物刷的合成及响应行为

利用原子转移自由基聚合(ATRP)和点击化学(Click)反应, 在硅基底上制备了聚苯乙烯-b-聚乙二醇(PS-b-PEG)两亲性嵌段共聚物刷. 首先, 利用ATRP方法在表面改性的硅片引发苯乙烯单体(St)的聚合, 得到PS-Br均聚刷, 然后通过叠氮化钠(NaN₃)将均聚刷末端功能化为PS-N₃, 再与炔基聚乙二醇甲醚(Alkynyl-PEG)发生Click反应, 得到PS-b-PEG嵌段共聚物刷. 通过X射线光电子能谱(XPS)和接触角测量仪表征了聚合物刷的表面化学组成和表面亲疏水性质, 证明在硅基底上接枝了嵌段共聚物刷. 用原子力显微镜(AFM)观察了PS-b-PEG嵌段共聚物刷在不同溶剂处理后的形态结构变化, 研究了其响应行为.     

偶氮苯聚合物的光控图案化

将自组装得到的聚苯乙烯胶体晶体,利用反应离子刻蚀和软刻蚀法复形到偶氮苯聚合物膜表面,获得六方非紧密排列的偶氮苯聚合物半球状阵列微图案膜。采用场发射扫描电子显微镜(FESEM)、原子力显微镜(AFM)和接触角测量仪等对膜的微阵列结构和表面润湿性能进行了表征。研究了光照对膜微图案结构和润湿性能的影响。结果表明:基于偶氮苯基团的光致取向特性,偶氮苯聚合物膜的微图案在偏振光照射下,可由初始的半球状阵列微结构形变成纺锤状和椭球状等结构,这种微结构的改变可以改变膜表面润湿性,实现偶氮苯聚合物膜表面不同微图案和润湿性能的光照调控。     

对巯基苯硼酸修饰石英晶体微天平传感器用于测定唾液酸

硼酸与二醇的脱水缩合反应已被广泛用于检测或富集顺式邻位多羟基化合物. 本文以对巯基苯硼酸(MPBA)自组装修饰石英晶体微天平(QCM)芯片, 基于硼酸根对唾液酸的特殊反应, 建立了检测唾液酸(SA)的新方法. 采用扫描电子显微镜表征了对巯基苯硼酸对石英晶体微天平的功能化修饰过程, 并研究了溶液pH值对芯片表面亲和力的影响. 实验结果表明, 随着pH值的降低, 修饰芯片对唾液酸的结合能力增强, 而对参照物葡萄糖的结合能力则降低. 在pH=4.0的条件下, 该传感器在0.50~5.0 mmol/L范围内对唾液酸有很好的线性响应, 相关系数为0.9950, 检出限为0.15 mmol/L. 此传感器提供了一种简易的唾液酸检测方法, 为实际样品的测定奠定了基础.