表面氨基可控的超细聚合物基纳米粒子的制备

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表面功能化聚合物纳米粒子在物质分离、光子晶体、生物检测与成像、药物控释、固相催化载体等领域都有着广泛的应用。目前,制备表面功能化聚合物纳米粒子的主要手段是采用种子乳液聚合或者分散聚合,引入功能单体/特殊引发剂/可聚合乳化剂等参与共聚合过程实现表面功能化。但是在粒子成核增长过程中,大部分的功能基团会包覆在粒子内部,从而难以控制粒子表面功能基团的数量和分布。近年来,基于可逆加成-断裂链转移(RAFT)聚合的聚合诱导自组装(PISA)方法为大批量制备功能聚合物纳米材料提供了新思路,使用功能大分子链转移剂作为稳定链段,扩链过程中聚合驱使稳定链段自组装定位于纳米结构的壳层,有望实现表面功能化聚合物纳米粒子的可控制备。本文中,我们使用两种功能大分子链转移剂,包括聚N-异丙基丙烯酰胺三硫代碳酸酯(pNIPAM-DDMAT)和聚聚乙二醇单甲醚甲基丙烯酸酯三硫代碳酸酯(pPEGMA-DDMAT)同时作为稳定链段,引发苯乙烯(St)的RAFT-PISA分散聚合,制备得到单分散性好,且平均粒径约为50 nm的pSt嵌段共聚物纳米粒子。pSt嵌段共聚物纳米粒子以pSt为内核,pNIPAM为壳,pPEGMA为冕的规整球形胶束结构,具有良好的胶体稳定性。并且将pPEGMA-DDMAT与pNIPAM-DDMAT的摩尔配比从10/0逐渐调节至0/10,pSt嵌段共聚物纳米粒子表面的氨基含量也随之由0到7.33 umol/g变化。两亲性的嵌段共聚物纳米胶束以其丰富的嵌段单元和官能团等优势,有望成为超细杂化纳米粒子的结构导向剂。目前,由于制备过程复杂、胶束热力学稳定差等因素导致其难以制备。因此,我们采用合成的一系列超小、单分散、表面氨基可调的pSt嵌段共聚物纳米颗粒作为模板骨架,来进一步用于诱导无机/有机杂化纳米粒子的形成。pSt嵌段共聚物纳米粒子表面氨基功能团催化四乙氧基硅烷,原位水解缩合形成SiO2壳层得到SiO2@pSt杂化粒子,随着模板表面氨基含量的增加,SiO2壳层的含量也随之增加。在此基础上,加入阳离子表面活性剂十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)作为小分子结构导向剂,协同氨基功能化的pSt嵌段共聚物纳米粒子调控SiO2界面自组装过程,结果表明随着CTAB浓度的增加,SiO2@pSt杂化粒子由球形核壳结构转变成花状形貌。利用内核pSt在溶剂正己烷中溶胀-收缩的特点,制备得到棒状,囊泡,多腔室复合囊泡形貌的SiO2@pSt杂化纳米粒子。该思路进一步拓展贵金属纳米颗粒的同步包覆,利用烷胺基团的还原效应使氯金酸在SiO2@pSt杂化纳米粒子内部还原,有效地固定、分散Au纳米粒子。制备得到的Au@SiO2@pSt杂化纳米粒子催化硼氢化钠还原4-硝基苯胺,反应效率高于相同量的Au纳米粒子,表现出高的催化活性和高稳定性。
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