【摘 要】
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具有高效冰重结晶抑制特性的冻存保护材料是细胞和组织等活体样本实现有效低温冻存需解决的关键材料技术之一,对细胞治疗、再生医学、组织工程、器官移植等技术的发展具有重要的意义。控冰材料通过亲水/亲冰的极性基团吸附在冰晶表面,与冰晶形成界面相互作用,从而调控冰晶生长过程,材料表面的化学和几何结构是调控冰重结晶行为的关键因素。两亲性嵌段共聚物可在水中形成形貌差异的自组装粒子,不仅可以提供亲水的粒子表面,还能
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具有高效冰重结晶抑制特性的冻存保护材料是细胞和组织等活体样本实现有效低温冻存需解决的关键材料技术之一,对细胞治疗、再生医学、组织工程、器官移植等技术的发展具有重要的意义。控冰材料通过亲水/亲冰的极性基团吸附在冰晶表面,与冰晶形成界面相互作用,从而调控冰晶生长过程,材料表面的化学和几何结构是调控冰重结晶行为的关键因素。两亲性嵌段共聚物可在水中形成形貌差异的自组装粒子,不仅可以提供亲水的粒子表面,还能赋予粒子不同的表面几何结构,作为一类新型的冰重结晶抑制材料受到关注。本论文以实现高效抑冰为目标,通过调控链段的多臂星形拓扑结构、两亲性嵌段共聚物的自组装结构及形貌转变的温敏行为,开展了如下研究:1、利用巯基-卤代烃点击反应,简便高效的合成了四种具有不同离去基团数量（1,2,3,4）的Z型RAFT链转移剂。采用RAFT聚合方法,分别选用N,N-二甲基丙烯酰胺（DMAA）和双丙酮丙烯酰胺（DAAM）为亲水嵌段和疏水嵌段的聚合单体,以控制“单臂”链段的聚合度和聚合物分子量为基准,设计合成了一系列具有不同亲/疏水段链长比的两亲性嵌段共聚物。合成中使用具有不同离去基团数量的RAFT分子,得到了四种不同拓扑结构的嵌段共聚物,依次为单臂结构的AB型、双臂结构的（AB）2型、三臂结构的（AB）3型以及四臂结构的（AB）4型,采用共振核磁氢谱（~1HNMR）、凝胶渗透色谱（GPC）和紫外-可见光光谱等分析方法对共聚物进行表征,验证了星形链段拓扑结构的可控性。2、四种拓扑结构的两亲性嵌段共聚物（AB）n（n=1、2、3、4）在水中均具有较好的分散性,随温度可发生自组装形貌的变化,表现为LCST型的溶胶-凝胶转变。通过变温中红外对其热响应性进行了研究,发现不同拓扑结构嵌段共聚物的温敏性均是疏水嵌段PDAAM内部氢键的解离引起的,随温度变化产生自组装过程的驱动力。以整体分子量为基准,使用倒置小瓶法、动态光散射法（DLS）、透射电子显微镜（TEM）系统的研究了拓扑结构对温敏相转变温度及形貌的影响(Tgel),结果表明在整体分子量相同的前提下,提高星形拓扑结构的“臂”数可降低嵌段共聚物的相转变温度,且更易获得高阶形貌。当发生球形与蠕虫形貌的转变时,宏观上会发生溶胶-凝胶的相转变。使用微流变监测了溶胶-凝胶的转变过程、使用流变对凝胶结构进行了表征,发现单臂聚合度和亲疏水比相同且凝胶温度相近时,溶胶-凝胶转变过程中网络的搭建速率是相同的且所得凝胶结构也是相同的,不会受到拓扑结构的影响。3.采用“splat assay”方法开展了嵌段共聚物分散液的冰抑制研究。浓度为6 wt%的嵌段共聚物(A30B20)n在室温下均组装为球形形貌,改变臂数对冰重结晶抑制活性无明显影响。固定亲水段链长（DP=20）,延长疏水链长使组装形貌从球形转变为蠕虫结构,且冰重结晶的晶粒尺寸出现明显下降。进一步提高共聚物的浓度导致蠕虫形貌粒子密度升高,会出现显著的冰晶形貌修饰效果,获得针状冰晶结构。针对四臂结构共聚物(A30B60)4,升温至37℃可获得粒径约为200 nm的囊泡形貌,且重结晶的晶粒尺寸仅为DPBS缓冲液的15%。交联的共聚物即使组装为囊泡等高阶形貌,其抑冰效率仍明显低于未交联的聚合物,这是由于未交联的共聚物在冰重结晶过程中可发生组装形貌的转变,形成了调控冰晶生长的动态界面。
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