主客体作用实现聚合原位自组装

高分子自组装是制备高分子功能纳米材料的重要方法。由自组装方法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、传感器等领域有着广泛的应用。近期,聚合诱导自组装(Polymerization-Induced Self-Assembly, PISA)方法快速发展。PISA的特点是在聚合的过程中实现原位自组装,这种方法简捷可控,可以制备高浓度组装体,有利于组装体的后续应用。然而PISA的机理要求单体可以在溶剂中分散,而形成的聚合物在溶剂中不溶解。这种要求限制了疏水单体水相聚合诱导自组装的实现。因此,清华大学化学系袁金颖教授课题组提出在PISA中引入超分子化学中的主客体作用,以有效解决疏水单体在水溶液中的分散问题。

他们选用了水溶性的主体分子随机甲基-β-环糊精(CD)。CD可以和多种疏水单体形成水溶性复合物,使单体分散在水溶液中。而在聚合过程中,CD分子脱去,形成疏水聚合物嵌段。这样在主客体作用的协助下可以实现在水溶液中疏水单体的聚合原位自组装。他们首先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,可以制备多种形貌的组装体,包括球形胶束、棒状胶束、片层、纳米管。在纳米管的形成过程中,他们观察到随着PS链的增长,带状片层的末端首先形成小囊泡,随后小囊泡数量增加并逐渐融合得到纳米管。这种转变与之前PISA报道的蠕虫状胶束-片层-囊泡的形貌转变不同,可能的原因是CD/St的复合降低了PS的溶胀程度,从而限制了PS嵌段的移动能力,进而得到了动力学控制的形貌。

 

     

 

在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。而且可以通过主客体作用的引入调控组装体结构。该工作已在线发表于Angew. Chem. Int. Ed., DOI: 10.1002/anie.201709129上,论文的第一作者为清华大学化学系博士生陈曦。论文链接:http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.201709129/full