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【摘 要】嵌段共聚物具有比较规整的结构并能够在一定条件下通过分子的自组装形成具有特殊物理化学性能的超分子材料。形成的超分子结构在各方面有很好的应用潜能。
【关键词】超分子材料；嵌段共聚物
1、前言
近年来，超分子化学和其他学科相互渗透，已经发展成化学领域的研究前沿。随着社会的发展，人们对材料性能的要求越来越高。为了满足特殊的应用需求，大多数材料都需要经过特殊的加工或改性，而通过分子自组装的方式，却可以避免这些繁琐的过程，直接得到具有独特结构和性能的超分子材料。分子自组装，主要是分子之间通过非共价力（亲水性，疏水性，氢键，静电作用，范德华力等）相互作用，形成具有一定结构和形态的分子聚集体和超分子结构。
由于嵌段共聚物具有比较规整的结构并能够在一定条件下通过分子的自组装形成具有特殊物理化学性能的超分子材料, 使它成为一类很好的制备超分子材料的原料，是当前高分子科学领域研究的热点之一。能够自组装成超分子结构的嵌段共聚物主要是两嵌段共聚物，按各嵌段的组成特点可以分成两类：1）无规线团—无规线团两嵌段共聚物;2）棒状—无规线团两嵌段共聚物。
在嵌段共聚物中，由于各嵌段的不相容性，能够发生自组装形成球形、棒状、薄层状、囊泡等各种不同形态的超分子聚集体。影响聚集体形态的因素主要有各嵌段的组成、溶剂的种类及加入方式、温度、浓度等。形成的超分子结构在光电材料、药物载体、组织工程等方面有很好的应用潜能。本文综述了嵌段共聚物作为超分子材料的应用。
2、在超分子材料中的应用
嵌段共聚物通过自组装可以形成的具有多种形貌的聚集体,这就赋予其许多独特的性能，在超分子材料中具有很好的应用潜能。
2.1药物载体
Yokayama等人将PEG和聚天冬氨酸(PAsp)的嵌段共聚物(PEG-b-PAsp)与药物分子阿霉素(DOX)发生缩合反应,用共价键将药物DOX连接到PEG-b-PAsp载体上, PEG-Pasp(DOX) 嵌段共聚物在水中能自组装成稳定的胶束。而且，DOX之间的相互作用可以使胶束内核的凝聚力增加，另外体系中游离的DOX可以包埋在胶束内，能够减少D0X对人体的毒副作用。到目前为止，这一给药体系已处在动物试验阶段,不久将进入一期临床试验。
Caliceti等先将胰岛素、PLA、PEG溶于DMSO中,然后利用压缩CO2除去溶剂,得到PLA-b-PEG嵌段共聚物的纳米粒子。通过调节的PEG的分子量(350～1900Da)和PEG/PLA的投料比(0%～75%),可以得到不同粒径的纳米粒子。试验结果显示，PEG的分子量对共聚物粒径的大小影响不大,但是随PEG含量的增大共聚物粒径减小。主要是由于共聚物溶液与水相之间的界面张力对粒径有一定的影响,共聚物的亲水性越强,与水相间界面张力越小,粒径越小。体外溶出实验发现,胰岛素的溶出速率随PEG含量的增大而加快,因此可以通过调节嵌段共聚物中PEG与PLA的含量比例来控制药物释放。
2.2基因和组织工程
Wakebayashi等用乳糖-聚乙二醇-聚二甲胺乙基甲基丙烯酸酯嵌段共聚物作为基因载体，转染肝细胞结果表明该载体可与DNA 自发形成聚离子复合物胶束，通过受体介导转运的方式被肝细胞摄取，使转染效率大大提高。Kubies等人用PLA-PEG-PLA三嵌段共聚物与PLA共混后用作组织工程支架的材料,该共混物在材料表面可以发生自组装形成具有不同表面能和官能团的结构化微区。
2.3光电材料
Thomas等人研究了具有对称结构的无规线团－无规线团两嵌段共聚物的自组装行为，这种分子可以组装成有序的层状结构，能够用在集成光路中。如果各组成嵌段的折光指数不同，也就是说，这种材料的折光指数在一定的周期内发生变化，材料就能够表现出光子晶体的性质。由于材料的光学性质主要依赖于层间的间距，因此需要对称性的无规线团－无规线团两嵌段共聚物来得到规整结构的材料。较早用来调节光学性质的方法是将两嵌段共聚物与各组成嵌段均聚物的等量混合物进行共混。Thomas及其合作者将具有对称结构的聚苯乙烯－b－聚异戊二烯共聚物与含有等量聚苯乙烯和聚异戊二烯的混合物进行共混，所制得的膜具有层状结构，并且能反射一定波长的紫外和可见光。如果均聚物的混合物在共混物中的组成从0增加到60wt％，膜的反射波长可以在350nm与600nm之间调节。
3、结论及展望
嵌段共聚物是一种很有潜能的制备自组装材料的原料。相对其他的嵌段共聚物而言，无规线团－无规线团两嵌段共聚物的研究最深入，并对它们的相行为也有了相对较好的理解。通过嵌段分子的自组装来制备功能材料具有可行性，并且可以避免额外的加工和改性过程。这无疑是一个具有远大前景的研究领域，并在不久的将来有重大的进展。
参考文献
[1]张学骜,陈柯,龙永福.刚性-柔性嵌段共聚物PPQ-b-PEG 在选择性溶剂中自组装制备单分散性聚合物微球.中国科学 B 辑 化学 2004, 34 (5): 363～368.
[2] Hiromi Kitano, Makoto Wakabayashi. Pressure studies on the metallation of a supra-molecular porphyrin complex.[J] Macromol. Chem. Phys. 2000, 201, 2775–2779
[3]Hagan Bayley. Self-assembling biomolecular materials in mediaine.[J] Journal of Cellular Biochemistry. 1994,56(2), 168-170.
【关键词】超分子材料；嵌段共聚物
1、前言
近年来，超分子化学和其他学科相互渗透，已经发展成化学领域的研究前沿。随着社会的发展，人们对材料性能的要求越来越高。为了满足特殊的应用需求，大多数材料都需要经过特殊的加工或改性，而通过分子自组装的方式，却可以避免这些繁琐的过程，直接得到具有独特结构和性能的超分子材料。分子自组装，主要是分子之间通过非共价力（亲水性，疏水性，氢键，静电作用，范德华力等）相互作用，形成具有一定结构和形态的分子聚集体和超分子结构。
由于嵌段共聚物具有比较规整的结构并能够在一定条件下通过分子的自组装形成具有特殊物理化学性能的超分子材料, 使它成为一类很好的制备超分子材料的原料，是当前高分子科学领域研究的热点之一。能够自组装成超分子结构的嵌段共聚物主要是两嵌段共聚物，按各嵌段的组成特点可以分成两类：1）无规线团—无规线团两嵌段共聚物;2）棒状—无规线团两嵌段共聚物。
在嵌段共聚物中，由于各嵌段的不相容性，能够发生自组装形成球形、棒状、薄层状、囊泡等各种不同形态的超分子聚集体。影响聚集体形态的因素主要有各嵌段的组成、溶剂的种类及加入方式、温度、浓度等。形成的超分子结构在光电材料、药物载体、组织工程等方面有很好的应用潜能。本文综述了嵌段共聚物作为超分子材料的应用。
2、在超分子材料中的应用
嵌段共聚物通过自组装可以形成的具有多种形貌的聚集体,这就赋予其许多独特的性能，在超分子材料中具有很好的应用潜能。
2.1药物载体
Yokayama等人将PEG和聚天冬氨酸(PAsp)的嵌段共聚物(PEG-b-PAsp)与药物分子阿霉素(DOX)发生缩合反应,用共价键将药物DOX连接到PEG-b-PAsp载体上, PEG-Pasp(DOX) 嵌段共聚物在水中能自组装成稳定的胶束。而且，DOX之间的相互作用可以使胶束内核的凝聚力增加，另外体系中游离的DOX可以包埋在胶束内，能够减少D0X对人体的毒副作用。到目前为止，这一给药体系已处在动物试验阶段,不久将进入一期临床试验。
Caliceti等先将胰岛素、PLA、PEG溶于DMSO中,然后利用压缩CO2除去溶剂,得到PLA-b-PEG嵌段共聚物的纳米粒子。通过调节的PEG的分子量(350～1900Da)和PEG/PLA的投料比(0%～75%),可以得到不同粒径的纳米粒子。试验结果显示，PEG的分子量对共聚物粒径的大小影响不大,但是随PEG含量的增大共聚物粒径减小。主要是由于共聚物溶液与水相之间的界面张力对粒径有一定的影响,共聚物的亲水性越强,与水相间界面张力越小,粒径越小。体外溶出实验发现,胰岛素的溶出速率随PEG含量的增大而加快,因此可以通过调节嵌段共聚物中PEG与PLA的含量比例来控制药物释放。
2.2基因和组织工程
Wakebayashi等用乳糖-聚乙二醇-聚二甲胺乙基甲基丙烯酸酯嵌段共聚物作为基因载体，转染肝细胞结果表明该载体可与DNA 自发形成聚离子复合物胶束，通过受体介导转运的方式被肝细胞摄取，使转染效率大大提高。Kubies等人用PLA-PEG-PLA三嵌段共聚物与PLA共混后用作组织工程支架的材料,该共混物在材料表面可以发生自组装形成具有不同表面能和官能团的结构化微区。
2.3光电材料
Thomas等人研究了具有对称结构的无规线团－无规线团两嵌段共聚物的自组装行为，这种分子可以组装成有序的层状结构，能够用在集成光路中。如果各组成嵌段的折光指数不同，也就是说，这种材料的折光指数在一定的周期内发生变化，材料就能够表现出光子晶体的性质。由于材料的光学性质主要依赖于层间的间距，因此需要对称性的无规线团－无规线团两嵌段共聚物来得到规整结构的材料。较早用来调节光学性质的方法是将两嵌段共聚物与各组成嵌段均聚物的等量混合物进行共混。Thomas及其合作者将具有对称结构的聚苯乙烯－b－聚异戊二烯共聚物与含有等量聚苯乙烯和聚异戊二烯的混合物进行共混，所制得的膜具有层状结构，并且能反射一定波长的紫外和可见光。如果均聚物的混合物在共混物中的组成从0增加到60wt％，膜的反射波长可以在350nm与600nm之间调节。
3、结论及展望
嵌段共聚物是一种很有潜能的制备自组装材料的原料。相对其他的嵌段共聚物而言，无规线团－无规线团两嵌段共聚物的研究最深入，并对它们的相行为也有了相对较好的理解。通过嵌段分子的自组装来制备功能材料具有可行性，并且可以避免额外的加工和改性过程。这无疑是一个具有远大前景的研究领域，并在不久的将来有重大的进展。
参考文献
[1]张学骜,陈柯,龙永福.刚性-柔性嵌段共聚物PPQ-b-PEG 在选择性溶剂中自组装制备单分散性聚合物微球.中国科学 B 辑 化学 2004, 34 (5): 363～368.
[2] Hiromi Kitano, Makoto Wakabayashi. Pressure studies on the metallation of a supra-molecular porphyrin complex.[J] Macromol. Chem. Phys. 2000, 201, 2775–2779
[3]Hagan Bayley. Self-assembling biomolecular materials in mediaine.[J] Journal of Cellular Biochemistry. 1994,56(2), 168-170.