不对称聚合物囊泡的构筑及其行为和功能

Compared to the symmetric polymer vesicle in which the inner and outer layers are constructed by same chemical component, the polymer vesicle with asymmetric layers exhibits richer phase structures and behaviors. More interestingly, such asymmetric polymer vesicles possess advanced properties in selective adhesion, encapsulation, permeability and so on. However, seldom asymmetric polymer vesicles have been studied due to the limit of multi block copolymer samples and their behaviors and functions need further understood. In this project, we focus on the A-B/B-C two diblock copolymer mixtures which can be selected in a wide range and use experiment and computer simulation to study their self-assembly and phase behavior in selective solvents. The purpose is to give the windows for constructing asymmetric polymer vesicles, reveal their environmental responses and phase structure transition mechanisms, and try to give their properties such as selective adhesion, encapsulation, permeability for some specified metal and protein nanoparticles and their relations with vesicle structure and related environmental factors.

相对内外表面层由同一化学成分构筑的对称聚合物囊泡，内外表面层化学成分不同的不对称聚合物囊泡具有更加丰富的相态结构和行为。更重要的是不对称聚合物囊泡具有更好的选择吸附性、包覆性、以及单向通透性等。但是由于受能够形成囊泡的多嵌段聚合物样品的限制，人们对不对称聚合物囊泡的研究还相对很少，对其行为和功能的认识还十分有限。本项目针对具有更大选择范围的A-B/B-C两嵌段聚合物共混体系，应用计算机模拟和实验手段相结合研究共混物在选择性溶剂中的自组装和相行为，给出构筑不对称聚合物囊泡的窗口，揭示该类囊泡对环境响应及不同结构间转变的物理机制，并尝试给出该类聚合物囊泡对特定金属和生物纳米粒子的选择吸附性、包覆性和通透性以及这些性能与囊泡结构和相关环境因素的关系。

相对内外表面层由同一化学成分构筑的对称聚合物囊泡，内外表面层化学成分不同的不对称聚合物囊泡具有更加丰富的相态结构和行为。更重要的是不对称聚合物囊泡具有更好的选择吸附性、包覆性、以及单向通透性等。本项目针对具有更大选择范围的AB/BC两嵌段聚合物共混体系，应用计算机模拟和实验相结合研究共混物在选择性溶剂中的囊泡形成及其机制。..1..通过Monte Carlo模拟研究了AB/BC两嵌段高分子共混物在选择性溶剂中自组装所形成的非对称囊泡，系统考察了两嵌段组分比例、亲水嵌段链长以及溶液的pH值对亲水嵌段在非对称囊泡膜中分布的影响。结果表明，带有相同电荷、或链长较长、或在混合物中为少组分的亲水嵌段倾向于分布在非对称囊泡的外表面。此外，当一种亲水性嵌段带电时，改变共混物的混合比例体系将会发生由ABC向CBA非对称膜结构的转变，并发现当亲水嵌段链长相同时，囊泡内外表面能的差是非对称囊泡膜结构形成的主要驱动力，不同亲水嵌段在内外表面的分布总是倾向于增大外内表面能的差。然而，当亲水嵌段链长不同时，亲水嵌段的构象熵则是非对称囊泡膜结构形成的主要驱动力。.2..以模拟结果为依据，实验上成功准备了外表面为P4VP内表面为PAA的由PS-b-PAA和PS-b-P4VP共混物组成的非对称聚合物囊泡，并通过调节pH值和溶剂性质实现了对称囊泡和非对称囊泡的转换。首先，通过加入NaOH调节壳层链段之间的相互作用并研究了聚合物囊泡的结构转变，发现囊泡表现出与加入HCl时相同的动力学转变行为，由此说明了这种转变过程是受物理作用来主导，而非由化学环境所决定。其次，发现囊泡结构转变过程中胶束外径并未发生明显变化，说明囊泡膜由对称结构到不对称结构的重构过程是以单个囊泡为单位，通过P4VP和PAA链段的定向迁移完成的。.3..通过原位还原金纳米粒子的方法对所制备的不对称聚合物囊泡进行功能化修饰，实现了不对称吸附。此外，实验上得到了由金纳米线缠绕的非对称囊泡，并通过静电场实现了对聚合物囊泡释放行为的有效调控。