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主客体作用调控的聚合原位自组装

高分子自组装制备的嵌段共聚物组装体在生物材料、药物递送、纳米反应器、吸附分离、传感器等领域具有广泛的应用。近年来,聚合诱导自组装(Polymerization-Induced Self-Assembly, PISA)方法快速发展,受到广泛的关注。PISA在聚合的过程中原位自组装制备组装体,这种方法操作简单、形貌易调控、重现性好,而且可以制备高浓度的组装体。然而分散聚合PISA的机理要求聚合单体可以在溶剂中均匀分散,但聚合得到的聚合物在溶剂中不溶解,这种要求限制了疏水单体在水相中实现聚合原位自组装。


近日,清华大学化学系袁金颖教授(点击查看介绍)课题组通过在PISA中引入超分子化学中的主客体作用来解决疏水单体在水溶液中的分散问题,实现了疏水单体的水相分散聚合PISA。他们使用水溶性的主体分子随机甲基-β-环糊精(CD),这种CD可以和多种疏水单体嵌套形成水溶性复合物,使疏水单体均匀分散在水溶液中。而在聚合过程中,CD分子消除,形成疏水聚合物嵌段。因此,引入主客体作用可以实现水溶液中苯乙烯等疏水单体的PISA(图1)。

图1. 引入主客体作用实现PISA制备多种形貌组装体的示意图


他们利用这种方法聚合苯乙烯(St)和CD的复合物制备PEG-b-PS组装体,通过调控PS的聚合度,制备了多种形貌的组装体,包括球形胶束、棒状胶束、片层、纳米管。在聚合过程中,他们观察到随着PS链的增长,带状片层逐渐转变形成纳米管。如图2所示,在转变的过程中,首先带状片层上形成小囊泡,较大概率分布在带状末端,形成一种哑铃状的中间体,随后小囊泡数量增加并逐渐融合得到纳米管。这种形貌转变不同于蠕虫状胶束-片层-囊泡的形貌转变,其可能的原因是CD/St的复合降低了PS的溶胀程度,限制了PS嵌段的移动能力,进而得到动力学控制的形貌。

图2. 哑铃状中间体的电镜照片和带状片层-纳米管的形貌转变示意图


PISA中引入主客体作用可以实现多种疏水单体的水相分散聚合,实现高浓度组装体的制备。同时,主客体作用的引入可以调控组装体的结构。该工作发表在Angewandte Chemie International Edition 上,论文的第一作者为清华大学化学系的博士生陈曦


该论文作者为:Xi Chen, Dr. Lei Liu, Meng Huo, Min Zeng, Liao Peng, Dr. Anchao Feng, Prof. Xiaosong Wang, Prof. Jinying Yuan

原文(扫描或长按二维码,识别后直达原文页面,或点此查看原文):

Direct Synthesis of Polymer Nanotubes by Aqueous Dispersion Polymerization of a Cyclodextrin/Styrene Complex

Angew. Chem. Int. Ed., 2017, DOI: 10.1002/anie.201709129


导师介绍

袁金颖

http://www.x-mol.com/university/faculty/12049


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