接枝型两性聚电解质溶液性质及自组装机理研究

本申请拟通过分子设计，采用点击化学方法，在壳聚糖(CS)聚阳离子主链上接枝构象刚-柔可变的聚(L-谷氨酸)(PGlu)聚阴离子侧链，制备结构可控的CS-g-PGlu接枝型两性聚电解质。通过电导率、粘度、激光光散射、拉曼光谱、圆二色谱、电子显微镜、Zeta电位等方法，探讨接枝密度、接枝链长、侧链构象、电荷分布等结构因素，及pH值、离子强度等环境因素对接枝型两性聚电解质等电点、分子链构象、溶液流体力学性质和自组装行为的影响规律。建立接枝型两性聚电解质理论模型，通过Monte Carlo和分子动力学计算机模拟，从微观角度揭示接枝型两性聚电解质溶液性质和自组装行为内在机理，并对实验未发现的聚集形态作出预测。相关研究可拓宽两性聚电解质的研究领域，进一步发展两性电解质溶液理论，并在一定程度上有助于对蛋白质等天然两性聚电解质所具有的环境感知和响应功能的理解。

非线型聚两性电解质的分子拓扑结构对性能的影响机理及规律不明确。本课题设计合成了组成不同的壳聚糖-g-聚(L-谷氨酸)接枝型聚两性电解质，通过理论模拟和实验探讨了分子结构因素、环境因素与接枝型聚两性电解质单链构象、溶液性质以及pH响应性自组装行为之间的关系。模拟结果表明，支链的存在使其分子构象转变显著不同于线性聚两性电解质。增加支链数目和长度、缩短主链长度都会引起分子链构象的再伸展；增加电荷比例、添加1价盐促进了链的塌缩，而良溶剂或高价盐则阻滞链的塌缩。实验结果表明，支化结构削弱了壳聚糖-g-聚(L-谷氨酸) 水溶液粘度对pH及离子强度变化的响应性，并赋予其pH响应性多重胶束化行为。在主链及支链的刚-柔构象转变、亲疏水性转变、静电相互作用及支链空间位阻的协同作用下，得到自组装体具有丰富的结构及形貌，并可通过分子组成及pH值进行调控。此外，课题还预研了超支化拓扑结构对聚两性电解质性能的影响。课题研究结果对揭示非线型聚两性电解质分子拓扑结构与性能的关系、模拟天然非线型聚两性电解质的行为、制备pH响应性纳米粒子等方面具有理论意义和潜在应用价值。