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廣東工業(yè)大學(xué)譚劍波-張力課題組:基于乙烯基自縮合的光調(diào)控聚合誘導(dǎo)自組裝高效制備支化嵌段共聚物組裝體
2020-11-06  來源:高分子科技

  支化聚合物因其具有低黏度、高溶解度、多端基官能團(tuán)等特點,被廣泛應(yīng)用于涂料、催化、生物醫(yī)藥等領(lǐng)域。近年來,兩親性支化聚合物受到了研究人員的密切關(guān)注。迄今,研究人員已經(jīng)合成了大量兩親性支化聚合物,并通過自組裝得到了豐富的形貌結(jié)構(gòu)。目前制備支化聚合物組裝體通常需要先合成聚合物再進(jìn)行自組裝,操作較為繁瑣且制備濃度相對較低。近年發(fā)展起來的聚合誘導(dǎo)自組裝(PISA),操作簡便、反應(yīng)濃度高,備受研究人員的重視和青睞。PISA能夠統(tǒng)一聚合物的合成與組裝過程,原位制備聚合物組裝體。經(jīng)過十余年的發(fā)展,PISA的研究已經(jīng)取得了長足的進(jìn)步。但目前的PISA主要集中于線形聚合物組裝體的制備,而關(guān)于支化聚合物組裝體的制備報道較少。


  廣東工業(yè)大學(xué)高分子材料與工程系譚劍波教授與張力教授團(tuán)隊近年來發(fā)展了光調(diào)控聚合誘導(dǎo)自組裝(Photo-PISA)方法(Macromolecules 2017, 50, 5798; Macromolecules, 2018, 51, 7396; ACS Macro Lett. 2019, 8, 205; Macromolecules 2020, 53, 1212; ACS Macro Lett. 2020, 9, 533; Macromolecules, 2020, 53, 8982等),在室溫下可實現(xiàn)聚合物組裝體的高效制備。


圖1. (a, b) RAFT分散聚合制備線形聚合物組裝體示意圖; (c) RAFT自縮合乙烯基分散聚合制備支化聚合物組裝體示意圖。


圖2 (a, b) mPEG113-CEPA與CEPA-OH共同調(diào)控的photo-PISA制備出的AB/B型聚合物組裝體GPC曲線、MnMw/Mn; (c, d) mPEG113-CEPA與CEPA-HEMA共同調(diào)控的photo-PISA制備出的支化嵌段共聚物組裝體GPC曲線、MnMw/Mn


  最近,該研究團(tuán)隊將乙烯基自縮合聚合(SCVP)與可見光調(diào)控聚合誘導(dǎo)自組裝相結(jié)合,建立了支化嵌段共聚物組裝體的制備新方法。在大分子鏈轉(zhuǎn)移劑mPEG113-CEPA調(diào)控HPMA的photo-PISA體系中加入一定量的鏈轉(zhuǎn)移單體(CTM)CEPA-HEMA進(jìn)行RAFT乙烯基自縮合分散聚合,可原位制備不同形貌的支化嵌段共聚物組裝體,如圖1(c)所示。支化嵌段共聚物的支鏈的聚合度取決于[HPMA]/([mPEG113-CEPA]+ [CEPA-HEMA])之間的比例。作為對比,作者使用mPEG113-CEPA與CEPA-OH共同調(diào)控的RAFT分散聚合制備AB/B型聚合物。GPC結(jié)果表明,隨著[mPEG113-CEPA]/[CEPA-OH]比例的降低,聚合物GPC曲線顯現(xiàn)出向高流出體積(低分子量)方向移動的趨勢,整體分子量分布較窄,如圖2(a, b)所示。而使用mPEG113-CEPA與CEPA-HEMA共同調(diào)控的RAFT乙烯基自縮合分散聚合制備出的聚合物GPC曲線顯現(xiàn)出不同結(jié)果。如圖2(c, d)所示,隨著[mPEG113-CEPA]/[CEPA-HEMA]比例的降低,聚合物GPC曲線向低流出體積(高分子量)移動,并且分子量分布也逐漸變寬(從1.27到3.26)。由于CEPA-HEMA與HPMA能夠共聚,所有HPMA最終都出現(xiàn)在支鏈嵌段共聚物中。因此,支鏈嵌段共聚物的分子量應(yīng)取決于[HPMA]/[mPEG113-CEPA]之比。作者通過調(diào)節(jié)反應(yīng)原料的比例制備多種支化嵌段共聚物組裝體,根據(jù)TEM結(jié)果繪制了相關(guān)的形貌相圖,如圖3所示。可以看出[mPEG113-CEPA]/[CEPA-HEMA]與[HPMA]/([mPEG113-CEPA]+[CEPA-HEMA])比例的降低都能夠促進(jìn)高階形貌的形成。作者以囊泡形貌的支化嵌段共聚物作為種子,分別使用甲基丙烯酸羥丙酯(HPMA)和甲基丙烯酸縮水甘油酯(GlyMA)進(jìn)行擴(kuò)鏈。結(jié)果顯示,PHPMA擴(kuò)鏈后組裝體仍為普通囊泡形貌,PGlyMA擴(kuò)鏈后組裝體形貌為“草莓型”囊泡。最后,作者合成了一種二硫鍵聯(lián)接的鏈轉(zhuǎn)移單體,用其實施基于乙烯基自縮合的photo-PISA制備出具有還原響應(yīng)性的支化嵌段共聚物組裝體,如圖4所示。然后利用其制備包埋染料分子曙紅Y的支化嵌段共聚物囊泡,構(gòu)筑了一個還原響應(yīng)的藥物釋放系統(tǒng)。


圖3. 支化嵌段共聚物組裝體形貌相圖。


圖4. 還原響應(yīng)性支化嵌段共聚物的制備示意圖。


  將乙烯基自縮合聚合(SCVP)引入光調(diào)控聚合誘導(dǎo)自組裝(Photo-PISA)體系用于制備支化嵌段共聚物組裝體,極大簡化了支化聚合物組裝體的制備過程,為支化聚合物組裝體的制備提供了新思路。該研究工作得到國家自然科學(xué)基金委、廣東省教育廳、廣州市科創(chuàng)委、廣東省珠江學(xué)者(青年學(xué)者)項目的資助。相關(guān)成果以“Efficient Preparation of Branched Block Copolymer Assemblies by Photoinitiated RAFT Self-Condensing Vinyl Dispersion Polymerization”為題發(fā)表在Macromolecules (DOI: 10.1021/acs.macromol.0c02008)上。


  論文鏈接:https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.macromol.0c02008

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