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浙江理工大學童再再 Macromolecules: 通過結晶驅動自組裝精確控制聚對二氧環己酮嵌段共聚物的二維片狀膠束
2022-09-09  來源:高分子科技

  結晶驅動自組裝(CDSA)是制備一維(1D)或二維(2D)核殼膠束的一種有力的技術,包含自晶種(self-seeding)和種子生長(seeded growth)在內的兩種“活性”CDSA方法已廣泛應用于結晶性聚(二茂鐵基二甲基硅烷)(PFS)基嵌段共聚物。利用聚合物晶體附生生長的特性,目前在PFS體系中已制備出系列具有尺寸均一、結構復雜的膠束。但是膠束“活性”生長的特點在其它可結晶嵌段共聚物中仍顯不足,包括生物相容/可生物降解材料的聚酯材料,如聚己內酯(PCL)和聚乳酸(PLLA)。在過去的兩年中,該團隊圍繞PCL嵌段共聚物開展了系列的結晶驅動自組裝研究工作,在膠束尺寸控制和維度生長方面取得了系列成果。例如,PCL嵌段共聚物在1D碳納米管上的空間受限生長會從二維片狀結構向一維棒狀結構轉變(Macromolecules 2021, 54 (6), 2844-2851);另外通過加入PCL均聚物,利用種子生長實現了2D PCL片狀膠束的“活性”生長以及復雜嵌段共膠束的構建(Macromolecules 2022, 55 (3), 1067-1076)。


  聚對二氧環己酮(PPDO)是一種生物相容性/生物可降解的半結晶性聚酯,在生物醫藥領域有廣泛的應用。但是PPDO在典型的溶劑中溶解性差,導致膠束化速度過快,因此難以實現PPDO嵌段共聚物膠束結構的精確控制和尺寸的“活性”生長。據此,團隊致力于解決PPDO嵌段共聚物膠束化速度過快的問題,通過提高結晶溫度、添加共溶劑等條件克服了這一難題,成功實現了PPDO膠束的結構控制和尺寸的“活性”生長。


1 PPDO-b-PDM嵌段共聚物的結構式


  近期,浙江理工大學材料科學與工程學院童再再團隊設計合成了PPDO-b-PDMAPDMA=N,N-二甲基丙烯酰胺)嵌段聚合物(圖1)。首先,通過自發成核(升溫-降溫-老化)的方式,在共溶劑DMSO的作用下有效抑制了PPDO鏈段的膠束化速度,并通過加入不同DMSO含量如DMSO/EtOH=1:7 1:11來調控PPDO不同晶面的生長速度,從而制備了2D準四邊形和六邊形片狀膠束(圖2),通過透射式電子顯微鏡(TEM)和選區電子衍射(SAED)分析表征了不同形狀膠束的形成機理。


  隨后,團隊利用自晶種和種子生長的方法成功實現了膠束尺寸的“活性”生長。自晶種實驗中,在共溶劑DMSO的作用下,隨著退火溫度的升高,2D準四邊形膠束面積在很大尺寸范圍能得到精確控制(圖3)。同時,在種子生長實驗中,通過提高結晶溫度至(30 °C)來抑制PPDO的膠束化現象,隨后加入不同比例的嵌段共聚物,制備的2D準四邊形膠束面積與加入的嵌段共聚物質量成線性增加,證實了膠束的“活性”生長特性(圖4)。通過引入不同的殼層鏈段的化學結構組成,可制備“片-棒”和“片-片”的嵌段共膠束。最后通過透析的方法將PPDO片狀膠束成功地轉移至水相體系,進一步的細胞實驗證實了制備的PPDO膠束具有良好的生物相容性,在藥物遞送領域具有潛在的應用價值。


2 2D(A)準四邊形和(B)六邊形PPDO膠束的制備和結構表征。


圖3  自晶種方法制備尺寸可控的2D準四邊形片狀膠束


種子生長法制備尺寸可控的2D準四邊形片狀膠束


  這項研究工作解決了PPDO在結晶驅動自組裝過程中膠束化的難題,并通過調節PPDO的結晶條件控制晶面的相對生長速率,成功制備了具有不同形狀的2D片狀膠束。同時,該工作也可以為其它不能實現結晶性嵌段共聚物膠束活性生長的例子提供了借鑒。該工作以“Precise Control of Two-Dimensional Platelet Micelles from Biodegradable Poly(p-dioxanone) Block Copolymers by Crystallization-Driven Self-Assembly”為題發表在《Macromolecules》上。DOI: 10.1021/acs.macromol.2c01158。文章第一作者是浙江理工大學碩士研究生張續,通訊作者為童再再副教授。該研究得到了國家自然科學基金的支持。


  原文鏈接:https://pubs.acs.org/doi/full/10.1021/acs.macromol.2c01158

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(責任編輯:xu)
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