论文部分内容阅读
树状大分子具有完美的三维支化结构,在药物释放、催化等领域有着广泛地应用。这些应用多与其丰富的外围端基和内部空腔结构(致密壳结构)相关。而研究证实,柔性树状大分子更符合“致密核结构”。因此,树状大分子结构的调控对其应用有着重要的意义。树状大分子也是自组装的重要基元,微相分离后能自组装成柱状、囊泡等有序结构。目前树状大分子的微相分离研究多涉及较低代数,通常发生在内核与外层间、不同的树枝间。而高代数、相邻代之间或链节内含有不同组分的复杂树状大分子在实验上合成困难,这要求我们首先从理论上进行分析,只有从理论上证实工作的意义后,才能推动更多的实验研究。本文采用Monte Carlo模拟研究了微相分离和链刚性对树状大分子的调控。通过在树状大分子的不同部位引入不相容组分实现微相分离,通过改变代数、支化度等参数,主要考察了分子内微相分离对对一个孤立树状大分子结构的影响,以及多个树状大分子微相分离的聚集行为。另外,我们还引入链内刚性,考察链刚性、支化角性质等对树状大分子构象的影响。本文的主要内容如下:(1)第二章首先介绍了 Monte Carlo(MC)模拟方法。MC模拟是一种以概率和统计为基础的数值计算方法,非常适合用来求解复杂的随机性问题,在高分子领域有着广泛的应用。该章详细介绍了有关MC模拟的基本思想和特征、常用链模型、三维键长涨落算法、Metropolis重要性抽样方法以及相应的技术细节。(2)第三章采用MC模拟方法考察了单个树状大分子在无热状态下的性质,如密度、尺寸、形状。模拟结果表明,树状大分子结构符合“致密核模型(dense-coremodel)”,与文献结果一致。该章为我们后续的工作打下了良好的基础。(3)第四章研究了在树状分子相邻代间引入不相容组分后树状大分子性质,主要研究了代数G、链节长度P、支化度f以及疏水链段位置等参数的影响。径向密度分布表明,随着G的增加,在B型(最外代亲水)树状大分子中出现了中空区域。模拟表明,对于孤立的两亲性树状大分子,其微相分离后所形成的有序结构不同于线性嵌段共聚物微相分离后所形成的有序结构。f=3、P=4的树状大分子,A型(最外代疏水)树状大分子中,疏水链段聚集为蠕虫状胶束,而在B型树状大分子则为亲水链段连接的球形胶束结构。链节长度会影响微相分离后胶束的形状、尺寸。当P=8时,无论是A型还是B型树状大分子,均为多个球形胶束结构。支化对微相分离有着显著影响。f=4、P=4的树状大分子,其微相分离后的有序结构类似f=3、P=4的树状大分子,且在A型和B 型树状大分子(G≥6)中,均发现了中空区域。(4)第五章考察了引入链刚性后,单个树状大分子构象的变化。结果表明,刚性树状大分子的分子尺寸可以大于或小于柔性树状大分子,具体取决于支化类型,即所谓的支化角效应。当子代的刚性链节取向和前一代相同时,支化角最小,等于零,此时刚性树状大分子呈致密壳结构,末端链单元位于树状大分子的表面,分子尺寸大于柔性树状大分子。而当子代的链节取向和前一代相反时,即支化角趋于π时,树状大分子呈致密核结构,末端链单元位于树状大分子内部,分子尺寸也小。结果表明,通过改变支化角调整支化角效应到一个很大的程度,从而调整刚性树状大分子的构象。同时,具有小支化角的半刚性树状大分子可以通过构象的改变使其应用于药物递送。模拟结果证明,末端单体的分布可以通过选择适当的支化角类型有效的修改;在论文工作的同时我们也对以下的几个方面进行了相应的研究:(1)“交替型嵌段”树状大分子构象的调控。(2)“Y-型嵌段”树状大分子构象的调控。(3)“多个树状大分子在选择性溶剂中的自组装”。