双亲嵌段共聚物自组装特性的计算机模拟

双亲嵌段共聚物在不同体系下会自组装成各种形貌的超分子聚集体,是目前人们研究的热点,并在工业领域得到了广泛应用。计算机模拟是研究其自组装特性机理及聚集体结构、动态性质的有效工具。本文对近年来嵌段共聚物自组装特性的热力学模型和动力学模拟的研究进展进行了综述,分析了其中存在的问题并进行了展望。     

聚甲基丙烯酸甲酯-聚甲基丙烯酸两亲性嵌段共聚物的制备及自组装形态的研究

以2-溴异丁酸乙酯为引发剂, 氯化亚铜/联二吡啶为催化剂, 通过原子转移自由基聚合(ATRP)获得分子链末端含一个α-溴原子的聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA-Br), 以此为大分子引发剂引发甲基丙烯酸铅[Pb(MA)₂]单体进行ATRP反应, 制得P[MMA-b-Pb(MA)_2]嵌段共聚物, 将此共聚物在盐酸中进行离子交换即得聚甲基丙烯酸甲酯-聚甲基丙烯酸的两亲性嵌段共聚物[P(MMA-b-MAA)]. 用FTIR, GPC, NMR和SEM方法对共聚物进行了表征.     

双亲嵌段共聚物PSt-b-PAA在甲苯中的自聚集行为

以α-溴乙苯为引发剂,溴化亚铜为催化剂,2,2'-联吡啶为配体,用原子转移自由基聚合(ATRP)法合成了结构一定的嵌段共聚物聚苯乙烯-b-聚丙烯酸丁酯(PSt-b-PBA).经水解制备了双亲性嵌段共聚物聚苯乙烯-b-聚丙烯酸(PSt-b-PAA);采用单溶剂溶解法配制了PSt-b-PAA在甲苯中的反胶束溶液;以极性荧光化合物N-1-萘乙二胺盐酸盐(NEAH)为极性微区探针,用荧光光谱法并配合透射电镜观察探索了双亲嵌段共聚物PSt-b-PAA在甲苯溶液中的自聚集行为,考察了双亲性嵌段共聚物浓度、链结构及温度等因素对反胶束化行为的影响规律.结果表明,亲水链PAA短而亲油链PSt长的双亲嵌段共聚物PSt-b-PAA,用单溶剂溶解法可使其在甲苯中发生自聚集,形成以亲水段为核,疏水段为壳的星状反胶束结构;反胶束为10-20nm的球形聚集态结构;PSt-b-PAA的自聚集行为及临界胶束浓度与分子链的微结构和温度等因素相关,且随着共聚物浓度的增大,小胶束会逐渐结合形成大的纺垂状聚集体.     

两亲性嵌段共聚物的自组装及载药胶束的研究

采用可逆-加成-断裂链转移自由基聚合(RAFT)技术合成了两亲性嵌段共聚物聚苯乙烯-b-聚甲基丙烯酸聚乙二醇单甲醚-b-聚苯乙烯(PSt-b-POEOMA-b-PSt),通过FT-IR、1 HNMR、GPC确定共聚物的结构。将三个具有不同嵌段比的共聚物在水溶液中自组装,通过透射电子显微镜(TEM)观察得到的胶束的形貌,发现随着亲水性嵌段的比例减小,胶束的直径略微减小。通过透析方法,以共聚物作为载体,负载维生素E,TEM观察载药胶束的形貌,仍然为核-壳状的球形胶束。差示扫描量热仪(DSC)测试共聚物载药胶束前后的热性能,发现药物分子在载入内核的过程中,聚苯乙烯的玻璃化转变温度(Tg)有所降低。通过紫外(UV)分析计算得出共聚物的药物负载量(DLC)为70%～80%。     

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.     

丙烯酰胺-苯乙烯双亲嵌段共聚物的微结构及水溶液行为

通过改变丙烯酰胺(AM)与苯乙烯(St)的投料比、苯乙烯与表面活性剂的加入量之比及引发剂加入量,在微乳液中制备了分子链微结构系列变化的丙烯酰胺-苯乙烯双亲嵌段共聚物(PAM-b-PSt),用荧光探针法与表面活性测定法详细地研究了共聚物中PSt嵌段长度、含量及分子量等微结构因素对共聚物在水溶液中的疏水缔合性与表面活性的影响.结果表明,当共聚物水溶液的浓度高于临界缔合浓度时,PAM-b-PSt的疏水缔合作用以分子间的缔合为主.若共聚物中PSt嵌段含量及分子链长一定时,随着PSt疏水嵌段长度增长,PAM-b-PSt的疏水缔合性增强,而对共聚物的表面活性影响很小.若共聚物中PSt疏水嵌段长度及分子链长一定时,PAM-b-PSt的疏水缔合性随着PSt嵌段含量的变化而变化,当PSt嵌段含量一定时,使大分子链之间产生最强的疏水缔合作用;而其表面活性则随着PSt嵌段含量的增大而增强.若共聚物中PSt疏水嵌段长度及含量一定时,分子量对其表面活性有较大的影响,分子量越高,表面活性越差;同时,在较稀的溶液浓度范围内,分子量对PAM-b-PSt的疏水缔合性的影响则很小.     

新型两亲性含糖嵌段聚合物的合成与自组装

以β-环糊精(β-CD)和2-乙基-2-噁唑啉(EtOz)为原料, 通过活性端基化学偶联法制备了乙酰麦芽七糖/聚(2-乙基-2-噁唑啉)两嵌段聚合物(AcMH-b-PEtOz), 借助核磁共振氢谱、红外光谱和凝胶渗透色谱等手段证实了产物的化学结构. 采用核磁共振氢谱、荧光光谱、透射电子显微镜、动态光散射及紫外-可见分光光度等方法探讨了产物在水溶液中的自组装行为. 结果表明, 所得嵌段聚合物直接溶于水后可通过自组装形成纳米球形“核-壳”结构胶束, 同时具有温度响应性. 所得聚合物的临界胶束浓度(cmc)为4~7 mg/L, 平均粒径(d)为83~115 nm, 临界相转变温度(LCST)为49~64 ℃, 并且均可通过PEtOz的链长进行调控.     

聚苯乙烯-聚4-乙烯基吡啶两亲嵌段共聚物在CO2膨胀液体中的组装行为

嵌段共聚物的自组装行为和其组装形成的胶束聚集体的形貌因在生物医学、药物传输和催化等方面的潜在应用而引起了科学家们的极大兴趣。本工作报道了利用二氧化碳膨胀液体(CXLs)对嵌段共聚物聚苯乙烯-聚4-乙烯基吡啶(PS-b-P4VP)的自组装聚集体(SAA)进行组装结构调控的初步探索。研究发现利用CXLs的抗溶剂效应可以成功调节共聚物PS-b-P4VP的自组装行为。研究结果表明,CXLs的压力及共聚物的组成是影响SAA结构的主要外部因素,CXLs的抗溶剂效应及其对共聚物溶剂化构型的影响是控制SAA形貌转变的主要内在因素。不同组成的共聚物,在CXLs中其SAA的结构形貌均表现出了对压力的显著响应特性。共聚物PS₁₆₈-b-P4VP₄₂₀的自组装聚集体的结构由常压(0.1 MPa)下以球形胶束为主转变为高压下(6.35 MPa)以互联棒状胶束结构为主,而PS₇₉₀-b-P4VP₂₆₃的SAA结构则由常压下的小型囊泡过渡到6.35 MPa下的大复合囊泡(LCVs)。但是对于PS₁₅₃-b-P4VP₁₅₃₀,随着压力的调节,其SAA的结构由常压(0.1 MPa)下的大复合胶束(LCMs)转变为6.35 MPa下的大复合囊泡(LCVs)。特别是,我们发现在本工作考察的实验条件下,在常规溶剂甲苯中控制SAA结构的主要因素是共聚物的组成;而在CXLs条件下,PS壳链与溶剂CXLs间的接触面积随压力调节而发生的改变,可能是控制SAA形貌转变的主要因素。此外,随着CXLs压力升高而引起的PS与P4VP嵌段间双亲性差别的减小,会引起P4VP核-PS壳的界面间的表面张力发生改变,这也是触发SAA形貌转变的诱因之一。本工作充分显示了CXLs方法有助于可控调节自组装聚集体(SAA)的形貌和组装行为,为研发复合纳米材料开辟了一条崭新的绿色途径。     

两亲聚合物胶束自组装包药研究进展

两亲聚合物胶束具有突出的理化性能和独特功能,能够在溶液中自组形成具有核壳结构的聚合物胶束,同时实现药物的负载。自组装包药技术能够缓解我国药物辅料缺乏的现状,符合目前药物辅料发展的新趋势。通过自组装形成的聚合物胶束在药物控释、药物靶向载体、药物制剂开发、新型药物辅料等方面具有广阔的应用前景。本文综述了两亲聚合物胶束自组装包载药物的原理以及方法,重点介绍了三类两亲聚合物在自组装包药方面的最新研究成果和发展趋势。本文还对载药胶束在药物释放方面的应用进行了概述。     

含氟两亲性嵌段聚合物乳液的合成

以聚乙二醇单甲醚(MPEG)为原料,与2-溴异丁酰溴经酯化反应合成了端基为溴原子的MPEG-Br;以MPEG-Br为大分子引发剂,甲基丙烯酸十二氟庚酯经电子活化再生原子转移自由基乳液聚合法合成了新型的含氟两亲性嵌段聚合物(1)乳液,其结构经1H NMR,IR和X-射线光电子能谱(XPS)表征。接触角测量结果表明:1可改变岩心的润湿性,由强液湿转变为气湿。     

红外光谱法研究交联淀粉的退化行为

用红外光谱研究了交联淀粉的退化过程, 结果表明, 交联淀粉具有与原淀粉大分子类似的退化过程, 即淀粉大分子临近的链段间形成双螺旋局部有序化结构, 再进一步规则地排列成结晶有序的结构. 由于交联键的限制, 交联淀粉的有序化过程相对较慢、 程度较低, 而且当交联度过高时无法形成结晶结构.     

两亲性接枝共聚物在选择性溶剂中自组装行为的模拟研究

利用粗粒化分子动力学(CGMD)方法研究了两亲性接枝共聚物在不同选择性溶剂中的自组装行为. 分析了主链刚性及链长对自组装结构的影响. 研究结果表明, 当溶剂对主链为良溶剂而对支链为不良溶剂时, 两亲性接枝共聚物随主链刚性的增加自组装形成花状胶束、 花桥状胶束及桥状胶束, 并且组分比例对自组装结构影响很大; 随着链长的增加, 柔性链出现单花状胶束到多花状胶束的转化. 当溶剂对主链为不良溶剂而对支链为良溶剂时, 可得到近球形或椭球形核壳状胶束及束状结构; 不同链长时, 柔性接枝共聚物链均只能得到近球形的单核壳状胶束.     

共溶剂性质对双亲性无规共聚物P(St-co-DM)胶束化行为及其性能的影响

以苯乙烯(St)和甲基丙烯酸二甲氨乙酯(DMAEMA)为共聚单体, 通过普通自由基溶液聚合合成了双亲性无规共聚物P(St-co-DM). 用傅里叶变换红外(FTIR)光谱、核磁共振氢谱(¹H NMR)、凝胶渗透色谱(GPC)和差示扫描量热(DSC)仪对聚合物结构进行表征. 研究了共溶剂的性质对P(St-co-DM)自组装胶束结构及其乳化性能的影响. 用透射电镜(TEM)和动态激光光散射(DLS)表征了自组装胶体粒子的形态、粒径大小及其分布. 通过测量胶束在甲苯/水界面的接触角表征胶束表面性能. 结果表明: P(St-co-DM)以四氢呋喃(THF)为共溶剂自组装时, 胶束的临界聚集水含量较大, 胶束表面亲水性较强, 流体力学半径较大; 用二氧六环或THF为共溶剂, 水为选择性溶剂, P(St-co-DM)自组装可以得到外层松散、内层比较密实的球状胶束, 用N,N-二甲基甲酰胺(DMF)为共溶剂时, 胶束整体呈现比较密实的球状胶束; 分别用DMF、二氧六环和THF为共溶剂制备的胶束, 其接触角均值都小于90°, 可形成O/W型(水包油型)乳液. 乳化实验结果表明, 以二氧六环和THF为共溶剂制备的胶束作为颗粒乳化剂制备的乳液性能较好.     

双亲性无规共聚物自组装胶束结构及其乳化性能

以不同交联度、溶胀程度的双亲无规共聚物聚[(苯乙烯-alt-马来酸酐)-co-(7-对乙烯基苄氧基-4-甲基香豆素-alt-马来酸酐)](PSMVM)胶束作为聚合物胶束乳化剂稳定甲苯/水体系, 重点研究光交联度对胶束结构及其乳化性能的影响. 结果表明, 胶束交联度、溶胀度和荷电性对胶束结构及乳化性能有较大影响.     

“双亲性”嵌段共聚物胶束形貌调控的研究*

本文综述了“双亲性”嵌段共聚物在选择性溶剂中胶束行为和胶束形貌的主要影响因素,包括溶液温度、选择性溶剂种类、嵌段长度、链段结晶、链段与溶剂间氢键作用以及共聚物浓度对胶束最终形貌产生影响的因素;系统介绍了对嵌段共聚物胶束形貌进行调控的实验方法;在此同时介绍了对环境刺激如温度和pH变化等具有响应性能的“双亲性”嵌段共聚物在选择性溶剂中胶束行为研究的最新进展;最后提出了该研究领域目前存在的问题和今后的可能发展方向。     

Synthesis,Characterization and Aqueous Solution Behavior of a pH-responsive Double Hydrophilic Block Copolymer

The pH-responsive double hydrophilic block copolymer poly(ethylene glycol)-b-poly(methacylic acid-co-4-vinyl benzylamine hydrochloride salt) (PEG-b-PMAA/PVBAHS) was synthesized. A series of PEG-b-PMAA/PVBAHS with different molecule weights and compositions were characterized by IR, ¹H-NMR, elemental analysis and TGA. With different MAA/VBAHS ratio, the PEG-b-PMAA/PVBAHS copolymers had the different isoelectric point (IEP). Supermolecular structures of the block copolymers could be formed by the interionic interactions at different solution pH. Experiment results showed that the structures of the pH-responsive copolymers in aqueous solution could be changed at different pH environments. The aggregation of this double hydrophilic block copolymer in aqueous solution was determined by both of solution pH and copolymer composition.     

多重敏感性双亲共聚物P(DM-co-AA-co-CA)的自组装及性能

以甲基丙烯酸二甲胺乙酯（DM）、丙烯酸（AA）和香豆素丙烯酸酯化物（CA）为共聚单体,通过普通自由基溶液聚合合成了多重敏感性双亲共聚物P(DM-co-AA-co-CA),用傅里叶变换红外（FTIR）、核磁共振（1H-NMR）、凝胶渗透色谱（GPC）和差示扫描量热仪（DSC）对聚合物结构进行表征．在选择性溶剂四氢呋喃/水中对所得多重敏感性双亲共聚物P(DM-co-AA-co-CA)进行自组装,结果表明,调节组装环境的pH值可以得到荷正电或负电的两性胶束粒子．用紫外可见光分光光度计、荧光分光光度计、Zeta电位测定仪、DLS和TEM研究了多重敏感性双亲共聚物的溶液自组装及其组装体的性能,结果显示,调节pH值可以有效的控制胶束的粒径大小及其LCST,并在pH为8.54时胶束溶液的紫外吸收和荧光发射强度达到最大值,且该胶束溶液在酸碱性较强时具有良好的乳化性能．     

Synthesis and Characterization of Amphiphilic Block Copolymer Containing PVP and Poly(5-benzyloxytrimethylene carbonate)

Amphiphilic block copolymers have attracted great interest recently, especially for thebiomedical uses1, . The hydrophilic blocks improve the biocompatibility of copolymer, 2while the hydrophobic blocks enhance the mechanics of the material and providever…     

Preparation and Application of Double Hydrophilic Block Copolymer Particles

The preparation of some unique block copolymers and block copolymer particles via radical heterophase polymerization is described. Special emphasis is placed on double hydrophilic block copolymers such as poly(styrene sulfonic acid)-b-poly(methacrylic acid) diblock copolymer and double hydrophilic block copolymer particles consisting of both hydrophilic shells and cross-linked hydrophilic cores. Examples are given for the application of such particles as adsorbents, nano-reactors for chemical synthesis, and as colloidal stabilizers in both heterophase polymerization and biomineralization reactions.     

Novel Amphiphilic Poly(N-vinylpyrrolidone) Block Copolymer: Aggregative Behavior and Interaction with DNA

Summary: Novel block copolymers poly(N-vinylpyrrolidone)-block-poly[(tert-butoxy) carbonyl] tryptophanamido-N′-methacryl thiourea (PVP-b-PTAM-I, II and III) were synthesized by atom transfer radical polymerization (ATRP) in DMF using PVP-Cl as macroinitiator. The structures of the copolymers were characterized by UV-vis and GPC-MALLS. The results revealed that the copolymers with controlled molecular weight and relatively low polydispersity (PDI < 1.34) were obtained through ATRP. By means of dynamic light scattering (DLS) and transmission electron microscopy (TEM), we demonstrated that copolymer PVP-b-PTAM self-aggregated to form spherical micelles in aqueous solution and the size of the micelles increased with increasing hydrophobic contents. The interaction of PVP-b-PTAM with DNA was explored using ethidium bromide (EB) quenching experiments. The interaction between PVP-b-PTAM and DNA markedly depended on both the copolymer concentration and composition. The PVP-b-PTAM-II and III with higher hydrophobic contents exhibited highly complexed DNA ability at low copolymer concentration, such as 0.017 mg/mL, relative to PVP-b-PTAM-I. As the copolymer concentration further increased for PVP-b-PTAM-II and III, they first exhibited a sharply decreased affinity for DNA and then kept steady. The interaction mechanism between the amphiphilic copolymers and the EB-DNA complex was discussed in detail.