两亲性聚合物刷的合成与表征及纳米胶束的构筑

来源 :中国科学院大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:xinhua163
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聚合物胶束有着疏水的内核与亲水的壳,在药物释放,肿瘤成像,光热治疗以及纳米反应器方面具有很好的应用前景。近年来,聚合物胶束已经引起了高分子领域的广泛关注。然而传统的多分子胶束只在高于临界胶束浓度的时候稳定存在。外界浓度,pH,溶剂,温度,离子强度,剪切力或者其他外界因素的改变,很容易导致聚合物胶束会解体。相比而言,单分子胶束(unimolecular micelles,UMMS)内部的共价作用使得其具有优于多分子胶束的热力学稳定性。  一维聚合物刷主要由线性的主链以及稠密地接枝到主链上的侧链组成。根据侧链化学组分的不同,可以将聚合物刷分为两大类:一是以均聚物为侧链的聚合物刷,二是无规/嵌段共聚物侧链聚合物刷,异种接枝聚合物刷以及AB型嵌段聚合物刷。聚合物刷可以用于制备各种不同形貌的纳米颗粒,是极具前景的纳米材料的前驱体。目前为止,由均聚物侧链聚合物刷和嵌段共聚物侧链聚合物刷出发制备得到单分子胶束的研究相当广泛,而二元/三元接枝聚合物刷却极少被用于制备单分子胶束。二元/三元接枝聚合物刷由于其结构的多样性,可实现更加高级及实用的组装,构筑更加实用的纳米结构。在本论文中,通过原子转移自由基聚合与点击化学合成了三种不同的二元/三元接枝聚合物刷。其中两种聚合物刷被用于制备单分子胶束。在最后一章中,另外一种具有pH响应性并且带有靶向基团的聚合物刷被用于制备多分子胶束。此外,还探究了pH的降低对该多分子胶束形貌的影响。  (1)溴代异丁酸单甲醚乙酯引发甲基丙烯酸缩水甘油酯(glycidyl methacrylate,GMA)和甲基丙烯酸羟乙酯(2-hydroxyethyl methacrylate,HEMA)进行原子转移自由基聚合(atom transfer radical polymerization,ATRP)得到聚甲基丙烯酸缩水甘油酯(poly(glycidyl methacrylate),PGMA)和聚甲基丙烯酸羟乙酯(poly(2-hydroxyethyl methacrylate),PHEMA)。PGMA与叠氮钠反应得到叠氮功能化主链聚合物P(GMA-N3)。PHEMA(po ly(2-hydroxyethyl methacrylate))先与2-溴异丁酰溴反应,再与叠氮钠反应得到主链聚合物P(HEMA-N3)。2-溴异丁酸三甲基硅炔丙酯分别引发丙烯酸叔丁酯(tBA,t-butyl acrylate)、甲基丙烯酸二乙胺基乙酯(DEAEMA,N,N-diethylaminoethyl methacrylate)和甲基丙烯酸羟乙酯(HEMA)反应得到PtBA-C≡C-TMS,PDEAEMA-C≡C-TMS,PHEMA-C≡C-TMS,再经四丁基氟化铵水解得到末端为炔基的PtBA-C≡CH(alkyne end-functionalized poly(t-butyl acrylate))、PDEAEMA-C≡CH(alkyne end-functionalized po ly(N,N-diethylaminoethyl methacrylate))、PHEMA-C≡CH(alkyne end-functionalized poly(2-Hydroxyethyl methacrylate))。PHEMA-C≡CH与肉桂酰氯反应后得到聚甲基丙烯酸肉桂酸乙酯(PCEMA-C≡CH,alkyne end-functionalized poly(2-cinnamoyloxyethyl methacrylate))。聚乙二醇单甲醚与丁二酸单炔丙酯反应得到末端为炔基的亲水性聚合物MPEG-C≡CH(alkyne end-functionalized poly(ethylene glycol)methyl ether)。所得前驱体聚合物的结构均通过FTIR、1H NMR、GPC等手段进行表征。  (2)通过点击化学将PCEMA-C≡CH和MPEG-C≡CH接枝到P(GMA-N3)上得到二元接枝聚合物刷PGMA-g-(PCEMA-r-MPEG)。该聚合物刷被用于制备单分子胶束。由于PGMA和PCEMA不溶于水,组装过程中PGMA和PCEMA收缩成核,而亲水的MPEG则作为亲水的冠包围在疏水外核周围。由于PCEMA具有可紫外光交联基团,可以通过对所得到的单分子胶束进行紫外光照射来锁定胶束结构,从而得到永久的单分子胶束。所得单分子胶束形貌尺寸通过TEM、AFM、DLS等手段进行表征。通道对比聚合物刷和胶束的SEC曲线,以及这两者的质量,可以证实所得的胶束为单分子胶束。此外,本论文还探究了组装浓度对单分子胶束的形成的影响以及交联对单分子胶束尺寸的影响。  (3)通过点击化学反应将PCEMA-C≡CH,PtBA-C≡CH和MPEG-C≡CH接枝到P(GMA-N3)主链上得到一系列的三元接枝聚合物刷PGMA-g-(PCEMA-r-PtBA-r-MPEG)。所得聚合物刷的结构通过SEC和1H NMR表征。DMF为PGMA-g-(PCEMA-r-PtBA-r-MPEG)主链和所有侧链的良溶剂,将PGMA-g-(PCEMA-r-PtBA-r-MPEG)DMF溶液喷涂到云母片上,在AFM下可以观察到松散的蠕虫状的形貌。在不同的选择性溶剂(二氯甲烷、甲醇、水)中,PGMA-g-(PCEMA-r-PtBA-r-MPEG)进行自组装得到具有不同形貌的单分子胶束。通过AFM和TEM观察了PGMA-g-(PCEMA-r-PtBA-r-MPEG)分子链在不同选择性溶剂下的构象变化。实验结果显示,当选择性溶剂由二氯甲烷变为甲醇,再变为水时,分子链由珍珠项链状变为蠕虫状再变为球状。PGMA-g-(PCEMA-r-PtBA-r-MPEG)组装前后的SEC结果对比证实聚合物刷在水中组装后得到的胶束是通过单分子链折叠得到的单分子胶束。该胶束的核主要由疏水的并且热力学不相容的PCEMA和PtBA组成,因此可以认为该胶束是多隔室单分子胶束。制备得到的多隔室单分子胶束的流体力学直径及其分散性均通过动态光散射来测定。  (4)通过点击化学将PDEAEMA-C≡CH和HO-PEG-C≡CH接枝到P(HEMA-N3)主链上得到一系列二元接枝。该聚合物经叶酸修饰后得到含有靶向基团的PHEMA-g-(PDEAEMA-r-PEG-FA)。该含靶向基团的pH响应性二元接枝聚合物刷在碱性条件下组装能够得到叶酸靶向修饰的pH响应性多分子胶束。通过TEM观察所得胶束的形貌以及胶束在不同pH条件下的形貌转变。
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