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    華東理工大學王俊有課題組:靜電組裝導向聚合- 聚電解質納米凝膠量化制備新策略
    2020-07-26  來源:高分子科技

      華東理工大學王俊有課題組報道了一種可控量化制備聚電解質納米凝膠的通用方法,提出了靜電組裝導向聚合(Electrostatic Assembly Directed Polymerization)的技術途徑,實現了一系列聚電解質納米凝膠的高效、量化制備,為該類材料的實際應用奠定了基礎。


      聚電解質納米凝膠是由聚電解質交聯形成的水凝膠納米粒子,其不僅具備常規納米水凝膠的結構特征,同時還帶有大量的電荷,可以高效地負載生物功能分子(酶、DNA,RNA、多肽等),并保持其(次級)結構和生物功能。因此,聚電解質納米凝膠作為功能性“軟”載體被廣泛應用于藥物傳輸、組織工程、生物傳感、以及催化等不同領域。然而,聚電解質納米凝膠的高效、量化制備仍然比較困難,發展新的合成策略是解決此問題的關鍵。


    圖1 靜電組裝導向聚合量化制備聚電解質納米凝膠


      考慮到單體的電荷特性,該課題組在前期聚電解質可控組裝的研究基礎上(Angew. Chem. Int. Ed. 2018, 57, 12680;Angew. Chem. Int. Ed. 2019, 58, 8494),利用靜電組裝構筑限域環境,實施可控聚合,提出了靜電組裝導向聚合的方法,實現了不同聚電解質納米凝膠的高效、量化制備。該方法利用聚離子-中性嵌段聚合物為模板,引發帶相反電荷的單體與交聯劑原位共聚,得到分散均一的復合膠束。反應完成后,利用高鹽溶液脫除復合膠束中的嵌段聚合物,得到結構和尺寸高度可控的聚電解質納米凝膠,且分離出的嵌段聚合物可再次作為模板重復循環使用(圖1)。


    圖2 (a)不同正電單體合成的納米凝膠的粒徑分布;(b)不同氯化鈉濃度下合成的納米凝膠的粒徑;(c)不同交聯劑合成的PDMAEMA納米凝膠的粒徑分布;(d)不同單體濃度和體積下合成的PDMAEMA納米凝膠的粒徑分布。


      靜電組裝導向聚合方法具有以下特點:1. 方法簡便通用:水相自由基聚合,適用于多種正、負電荷單體,可以制備一系列聚電解質納米凝膠(圖2a)。2. 凝膠尺寸、結構可控:改變合成過程中的鹽濃度可調控納米凝膠尺寸(圖2b),調控交聯劑和交聯度則可控制凝膠結構和性能(圖2c)。3. 高濃度和體積下聚合可控,可量化制備聚電解質納米凝膠(圖2d)。4. 模板可回收循環使用。


    圖3 (a)游離脂肪酶與負載于PDMAEMA納米凝膠中脂肪酶的催化活性;(b)AIE分子在不同納米凝膠中的熒光強度;(c)Au@PDMAEMA納米凝膠催化對硝基苯酚過程中,紫外吸光度隨時間的變化。


      為驗證聚電解質納米凝膠作為“軟”納米載體的普適性應用,該團隊將一系列功能性客體如脂肪酶、AIE熒光分子以及Au納米顆粒負載于聚電解質納米凝膠中,并研究了納米凝膠的微環境對功能性客體性質的影響。研究發現,所制備的納米凝膠能夠有效地負載脂肪酶,并顯著提升其催化活性(圖3a);由于不同聚電解質納米凝膠內部微環境存在差異,使得所負載的AIE分子表現出不同的熒光特性(圖3b);此外,所制備的納米凝膠對Au納米顆粒亦展示出很好的負載能力,并可催化模型反應高效進行(圖3c)。


      綜上所述,該研究工作展示了一種簡單、高效、量化制備聚電解質納米凝膠的新策略和新思路,將為聚電解質基“軟”載體材料的實際應用提供重要的技術支撐。該工作以research article 的形式發表在CCS Chemistry上,論文的第一作者為華東理工大學博士研究生丁鵬,通訊作者為王俊有副教授Cohen Stuart教授郭旭虹教授在材料表征及數據分析上提供了幫助與支持。


      原文鏈接:https://www.chinesechemsoc.org/doi/10.31635/ccschem.020.202000354

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