（应用化学专业论文）pH诱导HPAM及HPAMHEC的水相自组装.pdf

摘要 摘要 目前，大分子胶束的制备出现选用全亲水性、环境响应性和无规共聚型大分子的发 展趋势，因此本文分别采用沉淀聚合法和溶液聚合法，合成的低分子量的聚丙烯酰胺 ( r a m ) ，并对其水解得到具有上述特点的部分水解聚丙烯酰胺( h 】p a m ) ，主要研究h p a m 及h p a m 羟乙基纤维素( h e c ) 在水相中的p h 诱导自组装行为。 用以丙酮和乙醇为溶剂的沉淀聚合法或以异丙醇为链转移剂的溶液聚合法合成了 低分子量p a m 。将其在不同条件下水解，考察水解时间、水解温度和氢氧化钠( n a o h ) 浓度对h p a m 水解度的影响，制得一系列具有相同分子量、不同水解度( 皿) 的h p a m 。 通过调整水相的p h 变化范围和变化速度，以p n 诱导为手段、氢键络合作用为主推动 力制备了h p a m 和h p a m h e c 胶束。采用高效凝胶过滤色谱( h p g f c ) 表征p a m 的 分子量及其分布，采用傅立叶红外光谱( f t - i r ) 表征p a m 和h p a m 的分子结构，利用 f t - i r 、计算化学、z e t a 电位、动态激光光散射( d l s ) 和透射电镜( t e m ) 等手段对胶 束的结构、性质和形貌进行表征，初步探讨胶束的形成机理，并研究了制各过程、h p a m 的水解度、p h 变化范围和变化速度和添加阳离子表面活性剂十六烷基三甲基溴化铵 ( c t a b ) 等因素对胶束形态的影响。 研究结果表明： ( 1 ) 采用沉淀聚合法可通过改变溶剂中丙酮和乙醇的比例得到在( 1 7 2 1 3 9 9 ) x 1 0 4 范围的p a m ，丙酮含量越多，所得p a m 分子量越大；采用溶液聚合可得到在 ( 2 5 3 - 6 6 0 ) x 1 0 4 范围的p a m ，温度越低，分子量越大。 ( 2 ) p a m 的水解度与水解时间、水解温度和n a o h 的浓度有关，水解4h 时，水 解反应基本上达到平衡；水解达平衡时，h d 随温度升高基本上呈线性增大，h d 在n a o h 浓度低于2 5 0m o l l 时增长速率缓慢，在n a o h 浓度高于2 5 0m o l l 时增长加快。在下 述适宜反应条件下即水解时间0 5 4h ，水解温度4 0 8 0o c ，n a o h 浓度1 2 5 5 0 0m o l l ， 可以将低分子量p a m 控制水解得到分子量相同、h d 为3 5 5 3 的h p a m 。 ( 3 ) 在碱性或酸性条件下组装得到的h p a m 胶束具有不同结构。在中性条件下缓 慢增加溶液酸度，组装得到的h p a m 3 6 ( h d = 3 6 ，以此类推) 胶束为片状不对称多边 形( 3 5 0n n l 1 5 0n m ) 大复合囊泡，囊泡孔径为2 1 0n n l ；在中性条件下增加溶液碱度， 组装得到的h p a m 3 6 胶束为球状胶束。当h d 增大，h p a m 4 6 在酸性条件下组装成平均 粒径为1 2 5n n l 的“珍珠项链”状胶束。在超声波状态下快速增加碱度比缓慢增加碱度得 到的胶束更加均匀；先加入c t a b 对胶束形貌的影响最大，与h c l 一起加入c t a b 对 胶束的形貌有一定影响，后加c t a b 对胶束形貌的影响最小。 ( 4 ) 碱性和酸性条件下获得的h p a m h e c 二元胶束的结构有所不同。在中性条件 下缓慢增加溶液酸度或在先缓慢增加溶液酸度然后超声条件下突然快速增加到指定酸 度的方法均能制各圆片状大复合囊泡，但超声条件能使圆片的平均直径从9 2 0n l t i 锐减 到3 5 0n l t l 。h p a m 的h d 对h p a m h e c 二元胶束的形貌亦具有一定影响，h p a m 4 6 h e c 在酸性条件下形成不规则形状，而h p a m 5 3 h e c 在酸性条件下则形成“类珍珠项链”状 摘要 胶束( 平均直径为8 0n m ) 。在p h = 5 1 的h p a m ( 1m g m 1 ) h e c ( 1m g m 1 ) 体系中加入 c t a b ，可以制备出具有三层结构的新胶束类型。 关键词：部分水解聚丙烯酰胺；羟乙基纤维素；p h 诱导；自组装；氢键络合；大复合 囊泡；珍珠项链；多层胶束 i l a b s t r a c t a b s t r a c t a tp r e s e n t , i ti ss m a r tt op r e p a r em a c r o m o l e c u l em i c e l l e sb yu s i n gd o u b l eh y d r o p h i l i c ， b i o c o m p a t i b l e ，e n v i r o n m e n t a lr e s p o n s i v ea n dr a n d o mc o p o l y m e r i z e dm a e r o m o l e c u l e s f o r t h i sp u r p o s e ，l o w - m o l e c u l a r - w e i g h tp o l y a c r y l a m i d e ( p a m ) w a sf i r s t l ys y n t h e s i z e db yt h ew a y o fp r e c i p i t a t i o np o l y m e r i z a t i o na n ds o l u t i o np o l y m e r i z a t i o n , w h i c hf o l l o w i n gu n d e r w e n t h y d r o l y s i sr e a c t i o nt og i v et h ep a r t i a l l yh y d r o l y z e dp o l y a c r y l a m i d e ( iw a m ) a n dt h e nt h e p h - i n d u c e ds e l f - a s s e m b l yb e h a v i o r so fh p a ma n di - i p a m h e ci na q u e o u ss o l u t i o nw e r e i n v e s t i g a t e d l o w - m o l e c u l a r - w e i g h tp a mw a ss y n t h e s i z e db yb o t ht h ep r e c i p i t a t i o np o l y m e r i z a t i o n u s i n gm i x e ds o l v e n t so fe t h a n o l a c e t o n ea n dt h es o l u t i o np o l y m e r i z a t i o nu s i n gi s o p r o p a n o la s c h a i nt r a n s f e ra g e n t i - i p a m 、析t hs a m em o l e c u l a rw e i g h tb u td i f f e r e n th y d r o l y z i n gd e g r e e ( h d ) w a so b t a i n e db ym o n i t o r i n gh y d r o l y z i n gc o n d i t i o n ss u c ha sh y d r o l y z i n gt i m e ， h y d r o l y z i n gt e m p e r a t u r ea n dt h ec o n c e n t r a t i o no fs o d i u mh y d r o x i d e t h ep h - i n d u c e dh p a m a n dh p a m h e cm i c e l l e sw e r ep r e p a r e di na q u e o u ss o l u t i o nb yc o n t r o l l i n gt h ev a r ys p e e d a n ds c o p eo fp h ，i nw h i c ht h em a i nd r i v i n gf o r c ei s r e c o g n i z e da sh y d r o g e nb o n d i n g c o m p l e x a t i o nt h em o l e c u l a rw e i g h ta n dm o l e c u l a rw e i g h td i s t r i b u t i o no fp a mw a sm e a s u r e d b yh i g h - p e r f o r m a n c eg e lf i l t r a t i o nc h r o m a t o g r a p h y ( h p g f c ) ，a n dt h em o l e c u l a rs t r u c t u r eo f p a ma n di - i p a mw a si d e n t i f i e db yf o u r i e rt r a n s f o r mi n f r a r e ds p e c t r o s c o p y ( f t - i r ) s e v e r a l m e a n s ，f o re x a m p l e ，f t - i r , c o m p u t a t i o n a lc h e m i s t r y , z e t ap o t e n t i a l ，d y n a m i cl a s e rl i g h t s c a t t e r i n g ( d l s ) a n dt r a n s m i s s i o ne l e c t r o nm i c r o s c o p y ( t e m ) w e r eu s e dt oc h a r a c t e r i z et h e s t r u c t u r e ，m o r p h o l o g ya n dp r o p e r t i e so fh p a m a n dh p a m h e cm i c e l l e s t h em e c h a n i s mo f m a c r o m o l e c u l em i c e l l ef o r m a t i o nw a sa l s od i s c u s s e db a s e do nt h ea b o v ee v i d e n c e s t h e i n f l u e n c eo ft h eh do fh p a m ，t h ev a r ys p e e da n ds c o p eo fp h ，t h ea d d i t i o n a lc a t i o n i c s u r f a c t a n tc e t y l t r i m e t h y la m m o n i u mb r o m i d e ( c t a b ) a n do t h e rf a c t o r so nt h em o r p h o l o g yo f m i c e l l e sw a si n v e s t i g a t e di nd e t a i l t h em a i ne x p e r i m e n t a lr e s u l t sa n ds o m ec o n c l u s i o n sw e r es u m m a r i z e da sf o l l o w s ： ( 1 ) p a m 谢mm o l e c u l a rw e i g h to f ( 1 7 2 1 3 9 9 ) x1 0 4w a ss y n t h e s i z e db yp r e c i p i t a t i o n p o l y m e r i z m i o nb yc h a n g i n gt h er a t i oo fa c e t o n et oe t h a n o l ，t h em o r ea c e t o n et h eh i g h e r m o l e c u l a rw e i g h to fp a m p a mw i t hm o l e c u l a rw e i g h to f ( 2 5 3 - - 一6 6 0 ) x1 0 4w a so b t a i n e db y s o l u t i o np o l y m e r i z a t i o nu s i n gi s o p r o p a n o la sc h a i nt r a n s f e ra g e n t ，t h eh i g h e rt e m p e r a t u r et h e h i g h e rm o l e c u l a rw e i g h to fp a m ( 2 ) t h ei n f l u e n c e so ft i m e ，t e m p e r a t u r ea n dt h ec o n c e n t r a t i o no fn a o ho nh do fh p a m w e r ee x a m i n e d t h eh y d r o l y s i se q u i l i b r i u mw a sb a s i c a l l ya p p r o a c h e da f t e r4 ha n dh do f h p a ml i n e a r l yi n c r e a s e d 、i t l lt h et e m p e r a t u r ei n c r e a s e t h er a t eo fh y d r o l y s i sw a sl o w e r w h e nc n a o h 2 5 0m o l l t h eh do fh i a mc o u l db e c o n t r o l l e db e t w e e n3 5 5 3 a so n en e e dj u s tb yr u n n i n gt h eh y d r o l y z i n gr e a c t i o na t4 0 8 0 o cf o r0 5 4 hm a i n t a i n i n gn a o hc o n c e n t r a t i o nb e t w e e n1 2 5 5 0 0m o l l ( 3 ) h p a m m i c e l l e sw e r eo b t a i n e dw i t hd i f f e r e n ts t r u c t u r e si na l k a l i n eo ra c i d i cc o n d i t i o n s h p a m 3 6 ( h d = 3 6 ) w o u l ds e l f - a s s e m b l ei n t ot h el a r g ec o m p o u n dv e s i c l e sw i t l lt h eu n i q u e s h a p eo fa s y m m e t r i cp o l y g o ns h e e t ( 3 5 0n m x 15 0n m ) a n dk e e p i n gv e s i c l ed i a m e t e ro f2 - 10 i l l a b s t r a c t n nw h e ns l o w l yi n c r e a s i n ga c i d i t yi ni t sn e u t r a ls o l u t i o n ，w h e r e a ss p h e r i c a lm i c e l l e sw h e n s l o w l yi n c r e a s i n ga l k a l i n i t yi ni t sn e u t r a ls o l u t i o n h p a m 4 6w o u l ds e l f - a s s e m b l ei n t ot h e ”p e a dn e c k l a c e - l i k em i c e l l e sw i t ha v e r a g ep a r t i c l es i z eo f12 5n n l ，u l t r a s o n i cw a v em a d et h e s i z eo fm i c e l l e sm o r eu n i f o r m 1 1 1 em o r p h o l o g yo fm i c e l l e sw a sg r e a ti n f l u e n c e db ya d d i n g c t a bb e f o r em i c e l l i z a t i o n f 4 1h p a m h e cm i c e l l e sw e r eo b t a i n e dw i t hd i f f e r e n ts t r u c t u r e si na l k a l i n eo ra c i d i c c o n d i t i o n s ，t o o l a r g ec o m p o s i t ev e s i c l e sw a f e r sw e r eo b s e r v e du n d e rt h ec o n d i t i o n so f b o t h s l o w l yi n c r e a s i n ga c i d i t yi nn e u t r a ls o l u t i o na n df i r s t l ys l o w l yi n c r e a s i n ga c i d i t yi nn e u t r a l s o l u t i o na n dt h e nq u i c k l yi n c r e a s i n ga c i d i t yt oad e s i g n a t e dp h u l t r a s o n i cw a v em a d et h e d i a m e t e ro ft h ew a f e r ss h a r p l ys h r a n kf r o m9 2 0h i 1t o3 5 0r l n l t h eh do fh r me x e r t ss o m e i n f l u e n c eo nt h em o r p h o l o g yo fh p a m h e cm i c e l l e s h p a m 4 6 h e cf o r m e dm i c e l l e s 谢t l l i r r e g u l a rs h a p e w h i l eh p a m 5 3 i e ca s s e m b l e di n t o ”p e a r ln e c k l a c e - l i k em i c e l l e sw i t ht h e a v e r a g ed i a m e t e ro f8 0n l ni na c i d i ce n v i r o n m e n t t h e r ea p p e a r e dan e wt y p eo fm i c e l l ew i t l l h i e r a r c h i c a lt h r e e - t i e rs t r u c t u r eb ya d d i n gc t a bi nt h eh 雕心订( 1m g m 1 ) h e c ( 1m g m 1 ) s y s t e ma t p h5 1 k e y w o r d ：p a r t i a l l yh y d r o l y z e dp o l y a c r y l a m i d e ；h y d r o x y e t h y lc e l l u l o s e ；p h - i n d u c e d ； s e l f - a s s e m b l y ；h y d r o g e n - b o n d e dc o m p l e x a t i o i n ；l a r g ec o m p o u n dv e s i c l e s ；p e a r ln e c k l a c e ； m u l t i - l a y e rm i c e l l e s i v 缩写一览表 a a a l g a m c p b c p s c s c t a b d l s d 匝 f t - i r h e c h d h p a m h p g f c l c m s l c s t m a a n c c m p a a p a m p a s p p c e m a p c l p d m a e 【a p d e a e m a p e g p e m a p e o p 1 a a p m a n a p m e m a p n i p a m p s s n a p s t a c r y l i ca c i d s o d i u ma l g i n a t e a c r y l a m i d e c a r b o x y l - t e r m i n a t e dp o l y b u t a d i e n e c a r b o x yt e r m i n a t e dp o l y s t ) r r e n e c h i t o s a n c e t y l t r i m e t h y la m m o n i u mb r o m i d e d y n a m i cl a s e rl i g h ts c a t t e r i n g n ，n - d i m e t h y l f o r m a m i d e f o u r i e rt r a n s f o r mi n f r a r e ds p e c t r o s c o p y h y d r o x y e t h y l c e l l u l o s e h y d r o l y s i sd e g r e e p a r t i a l l yh y d r o l y z e dp o l y a c r y l a m i d e h i g h - p e r f o r m a n c eg e lf i l t r a t i o nc h r o m a t o - - g r a p h y l a r g ec o m p o u n dm i c e l l e s l o wc r i t i c a ls o l u t i o nt e m p e r a t u r e m e t h a c r y l i ca c i d n o n - c o n v a l e n tc o n n e c t e dm i c e l l e s p o l y a c r y l i ca c i d p o l y a c r y l a m i d e p o l y ( a s p a r t i ca c i d ) p o l y ( 2 一c i n n a m o y l e t h y lm e t h a c r y l a t e ) p o l ye - c a p r o l a c t o n e p o l y ( m e t h a c r y l i c a c i d - n ，n 一d i m e t h y la m i n e e t h y le s t e r ) p o l y ( 2 - ( d i e t h y l a m i n o ) e t h y l m e t h a c r y l a t e ) p o l y o x y e t h y l e n e p o l y ( e t h y lm e t h y l a c r y l a t e ) p o l y e t h y l e n eo x i d e p o l y m e t h a c r y l i ca c i d s o d i u mp o l y m e t h a c r y l a t e p o l y ( m e t h a c r y l i ca c i d 2 - - f r i n gn i t r o g e no n o x y g e ne t h y le s t e 0 p ( n - i s o p r o p y l a c r y l a m i d e ) t e m p o - c a p p e d p o l y ( s o d i u m 4 一s t y r e n e s u l f o n a t e ) p o l y s t y r e n e 丙烯酸 海藻酸钠 丙烯酰胺 端羧基聚丁二烯 端羧基聚苯乙烯 壳聚糖 十六烷基三甲基溴化铵 动态激光光散射 n n 二甲基甲酰胺 傅立叶红外 羟乙基纤维素 水解度 部分水解聚丙烯酰胺 高效凝胶过滤色谱 大复合胶束 最低临界溶解温度 甲基丙烯酸 非共价键合胶束 聚丙烯酸 聚丙烯酰胺 聚天门冬氨酸 聚( 2 肉桂乙酸乙酯甲基丙烯酸甲 酯) 聚己内酯 聚( 甲基丙烯酸一n ，n ，一二甲基胺 乙基酯) 聚( 甲基丙烯酸州二乙基胺乙基 酯) 聚氧乙烯 聚甲基丙烯酸乙酯 聚环氧乙烷 聚甲基丙烯酸 聚甲基丙烯酸钠 聚( 甲基丙烯酸一2 一对氧氮己环基 乙基酯) 聚( n 一异丙基丙烯酰胺) 聚苯乙烯磺酸钠 聚苯乙烯 v 缩写一览表 v l 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取 得的研究成果尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文 中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含本人为获得江南 大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料与我一同工作的同志 对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示谢意 签名：兰当日期：如7 年7 月膨日 关于论文使用授权的说明 本学位论文作者完全了解江南大学有关保留、使用学位论文的规定： 江南大学有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允 许论文被查阅和借阅，可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库 进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文， 并且本人电子文档的内容和纸质论文的内容相一致。 保密的学位论文在解密后也遵守此规定。 签名： 耋骛 导师签名： 川日期：矽f 年7 月j 乡日 第一章绪论 第一章绪论 1 1 大分子自组装简介 分子自组装( s e l f - a s s e m b l y ) 的概念源自生命科学，单个的生物分子自发地组装成复杂 的结构，更完整和更复杂的生命有机体也都是由自组装形成的产物，因此，自组装的研 究有助于揭示生命科学的奥秘。分子自组装一般是指分子在氢键( h y d r o g e nb o n d ) 、静电 相互作用( e l e c t r o s t a t i ci n t e r a c t i o n ) 、疏水作用( h y d r o p h o b i ci n t e r a c t i o n ) 、范德华力w a n d e r w a a l s i n t e r a c t i o n ) 以及分子识另l j ( m o l e c u l a rr e c o g n i t i o n ) 等相互作用力推动下，自发形成具 有特殊结构和形状的组装体的过程。该组装体的结构一般比较稳定，具有一定的功能， 理论上讲具有可逆性，但常常因为基于多重氢键的分子识别或交联而丧失其可逆性，由 此形成了白发但是不可逆的组装体。 e i s e n b c r g 等人【l j 在高分子科学和超分子化学基础之上开创了大分子自组装研究之先 河，他们利用分子间的相互作用( 主要包括氢键、金属络合作用、静电相互作用、亲水 疏水作用) 为主诱导力，在适当外场引导下，大分子链通过非化学键的作用自发形成最 终有序聚集体，有序聚集体的结构比较稳定，包括球、棒、囊泡、线、单分子层、块、 大复合囊泡等各种形态，该转变一般不能通过化学合成进行。 虽然大分子嵌段共聚物自组装形成的聚集体通常也被称为胶束，而胶束的概念源于 小分子表面活性剂。从严格意义上讲，胶束是指小分子表面活性剂的聚集体，它们在溶 液中与单体处于动力学和热力学平衡态。然而，大分子嵌段共聚物形成的胶束结构非常 容易因改变外界环境而被冻结，不再处于热力学平衡态；但是体系中链运动会非常地缓 慢，处于动力学的平衡态，因此很难得到最稳定的结构。尽管如此，按照惯例，还是将 这些被冻结的、未达到热力学平衡态的聚集体称为胶束。按胶束形态大分子胶束又可分 为球状( s p h e r e ) ，棒状( r o d ) ，囊泡状( v e s i c l e ) ，层状( 1 a m e l l a e ) ，洋葱状( o m o n ) ，蠕虫状 ( w o r m - l i k e ) 胶束等【2 - 9 1 ，其中聚合物囊泡更受关注。囊泡一般是一次成形，具有双分 子层，由于具有空腔而负载效果好。囊泡在生物体系中也非常普遍，在药物传输、化妆 品和污染控制领域极具潜在的应用价值，因而成为各国科学家竞相研究的热点。按照所 处溶剂环境的不同，可将大分子胶束分为水溶性胶束和溶剂相胶束，参照小分子表面活 性剂胶束的分类法，前者被称为正向胶束或常规胶束，后者则被称为反向胶束。在生物 体中应用的胶束决定了其必须是亲水性的，因此，常规胶束的研究显得更为重要。 由于大分子胶束具有亲水和疏水部分，能够携带不同性质的药物，尤其是具有亲水 外壳的胶束在人体中具有“隐形 的特点，因此，在控制释放、靶向给药【l o j 和基因工程 载体【l l j 等方面有潜在的应用价值。 1 2 用于制备大分子胶束的聚合物 1 2 1 嵌段共聚物 上个世纪9 0 年代开始的研究多集中在利用嵌段共聚物进行自组装，这也是迄今为 江南大学硕士学位论文 止研究最为广泛和深透的一类聚合物，已经得到多种形貌的纳米粒子，例如球形、囊泡、 层状、柱状、以及复合胶束等等【l 引。 经典的大分子胶束的制备方法是将a b 嵌段共聚物溶于某一共溶剂中，然后加入b 链段的沉淀剂，形成以b 嵌段的聚集体为核，溶解的a 嵌段为壳的聚集体胶束。 如e i s e n b e r g 等所制备的经典的“平头“( c r e w c u t ) 胶束就是将p s b p a a 先共同溶于 d m f ，然后加入p s 链段的沉淀剂水，p s 就发生聚集、塌陷，形成以p s 嵌段为核、 溶解的p a a 嵌段为壳的胶束。如欲获得纯水状态下的胶束，可以对上述胶束溶液进行 透析除去共溶剂。由于大分子胶束为热力学非平衡、但动力学稳定体系，大分子链处于 冻结状态，故透析可以除去共溶剂而对胶束的形貌影响不大l l 引。 采用经典的大分子胶束所用的嵌段共聚物一般至少含一个疏水链段和至少含一个 亲水链段，一般采用二嵌段的聚合物进行自组装的研究。嵌段共聚物得到的胶束按照结 构可以分为两种：“星形 ( s t a r - l i k e ) 胶束和“平头”型( c r e w - c u t ) 胶束。形成星形 胶束要求大分子的可溶性链段较长而不溶性链段相对较短，在胶束化的过程中，较短的 不溶性链段相互聚集，坍塌，收缩，形成胶束的内核，较长的可溶性链段则伸展在溶剂 中形成胶束的外壳，因此所形成的胶束的“壳 较大而“核 较小，形似“星形”。与 “星形”胶束相反，形成“平头 型胶束一般要求大分子的不溶段较长而可溶段较短， 因此得到的胶束具有较大的“核和相对较小的“壳 。研究表明“平头 ( c r e w c u t ) 胶束更容易发生形态上的转变，因而更受关注。 1 2 2 接枝共聚物 接枝共聚物在自组装中也得到了大量的研究，同样也可以经自组装形成多种形貌的 胶束l l 5 1 。近年来，具有温敏性和p h 响应性和可生物降解性接枝共聚物的自组装研究 引起了科学家的研究兴趣。x u 等【1 6 】采用可以生物降解性的p o l y ( l - l y s i n e ) - g - p o l y ( e c a p r o l a c t o n e ) 共聚物制备了囊泡状的胶束，而囊泡状胶束在药物包载方面具有潜在应用 价值。t e n h u 1 。7 】等研究了聚n 一异丙基丙烯酰胺g 聚环氧乙烷( p n i p a m - g - p e o ) 体系， 水溶液中的温度提高，使得p n i p a m 发生聚集，导致了该聚合物的胶束化行为。d o u z 3 1 等对羟乙基纤维素进行接枝改性，合成出h e c - g - p a a ，研究其在水溶液中通过p h 诱导 的自组装行为。 1 2 3 无规4 t - 聚物 由于嵌段共聚物和接枝共聚物的组装相对简单且规整，人们的研究视线一度聚焦于 斯。但其合成较难且成本较高，故难以实用。无规共聚物相比于嵌段和接枝共聚物来说 更加简单易得，但是由于无规共聚物结构的不规则性导致组装推动力不明朗，对其自组 装的报道较少。理论上讲，无规共聚物的白组装与嵌段共聚物自组装的驱动力相似，但 是，无规共聚物由于构筑单元呈无规分布，导致白组装过程困难且具有特殊点。 在选择性溶剂中，两亲性无规共聚物可以像嵌段共聚物和接枝共聚物一样自组装成 不同结构的胶束。f a y s a l 等【l8 】合成出含二胺嘧啶的无规共聚物( p o l y m e r l ) 和含胸腺嘧 啶的无规共聚物( p o l y m e r 2 ) ，在氯仿中利用两种功能基团的氢键识别作用得到平均直 2 第一章绪论 径为3 3u m 的巨囊泡 国7 7 鬟 髓 k _ 卜f 2 一 f i g u r e ls c h e m a t i cd e r n o n s a f i o n o f v e s i c l e f o r m a t i o n b e t w e e n d i a m i n o p y r i d i n e - b a s e d p o l y m e r la n d t h y m i n e b a s e d p o l y m e r2 ( a ) i l l u s t r a t i o ns h o w i n g m o l e c u l a rr e c o g n i t i o n w i t h i n v e s i c l e w a l l 秭t a ec o r c e s p o n d i n gr e c o g n i t i o n d y a d s l i t 删等采用含光敏性基团偶氮苯的无规菸聚物聚( 偶氮苯对乙氧基丙烯酸脂一一 丙烯酸) ，在选择性溶剂中使其发生自组装，得到粒径均一的纳米腔体球。该胶体球经 紫外线照射不同时间段即出现不同程度的破坏，表明此类纳米球具有光敏特性，因此在 药物释放方面具有潜在的应用价值。 l i p 】等研究了p ( s t 吒d 从) 无规共聚物的自组装行为，在选择性溶剂( 二氧六环，水) 中，对一系列组成不同的p ( s t - c o - a a ) 进行自组装，制得 聆，的范围为5 0n m 1 7 0n m 的 p ( s t - c o a a ) 胶束：l i u l 2 1 l 等又研究了p ( s b e o m a a ) 在选择性溶剂( 四氢呋喃水) 中的自组 装行为，在聚合物初始浓度为l0 w t ，最终水含量为1 5 w 嘲时，得到直径为3 0 0 m 5 0 0 r i m 、深为1 6 0 2 6 0n m 的碗状胶束。 无规共聚物也可以像嵌段共聚物一样用来制备非共价键合胶束，通过分子设计和 利用非共价键相互作用得到不同形貌的纳米粒子。l i u 田l 研究聚己内酯( p c l ) 和含亲 水骨架和p c l 短支链的无规聚合物m a f 大分子单体和甲基丙烯酸甲酯( m a a ) ) 聚合物对 的自组装，将这两种聚合物溶于共溶剂d m f 再将混合物溶液滴加到大体积水中，聚合 物对自组装成具有三层结构的直径约为1 0 0n m 的球状胶束。 1 2 3 天然高分子 大分子胶束在生物医药上的应用必须满足生物相容性的要求，天然人分子一般具有 良好的水溶性、生物相容性和可降解性，且来源广泛、产量高，因此采用天然大分子进 行自组装研究已成为研究的又一重点。现己进入研究视野的大分子包括：羟z l 基纤维素、 壳聚糖、海藻酸钠和明胶等。 d o u 田】等对羟乙基纤维素进行接枝改性，合成出h e c - g - p a a ，研究其在水溶液中通 过p h 诱导的自组装行为。之后，y a n g 唧1 等合成了具有温敏性的接技共聚物 h e c - g - p n i p a a m ，通过改变温度诱导其在水溶液中进行自组装。h u 口”研究发现壳聚糖 ( c s ) 与丙烯酸单体( a a ) 在水溶液中能自组装形成核壳结构的胶束引发a a 聚合 后能形成纳米空心球。推测其形成机理是，质子化的c s 与去质子化的a a 在水溶液中 形成以质子化的c s 与去质子化的a a 复合物为核、以带正电的c s 为壳的胶束。引发 江南大学硕士学位论文 a a 聚合后，由于c s 上的氨基和p a a 上的羧基具有静电作用，形成复合物，当粒径的 收缩与壳层中正电荷的相互排斥达到平衡时，形成纳米空心球。 c a 0 1 2 6 】等通过改变p h ，研究海藻酸钠( a l g ) 均聚物在水溶液中的自组装。a l g 含古洛糖醛酸( g 酸) 和其立构体甘露糖醛酸( m 酸) 两种结构单元，二者具有不同的 p k a 。将质子逐步释放到海藻酸钠的链上，被质子化的链段上的羧酸基团之间形成氢键 不溶络合物，构成胶束的内核，没有质子化的链段构成胶束的外壳。 w a n 9 1 2 7 】等通过a a 单体在明胶( g e l a t i o n ) 模板上原位聚合，制备以a a 和g e l a t i o n 不 溶络合物为核、以g e l a t i o n 为壳的核壳结构的大分子纳米微球，此过程中a a 逐步聚合， p a a 和g e l a t i o n 之间的络合作用逐步增加，从而得到的微球多分散性好，粒子的浓度可 高达3 0m g m l 。通过原位聚合的方法解决了以前大分子自组装中浓度低( 5m g m 1 ) 的 常见问题，有助于实现大分子自组装体的规模制备。 1 3 大分子胶束化的新途径 除经典的大分子胶束的制备方法以外，近年来还出现了很多新的制备大分子胶束的 途径，以下对这些新途径进行介绍。 1 3 1 非共价锭_ 电舍 近年，江明课题组首先提出了一种完全不同于传统方法的新机制，制备出“核 和 “壳”间无共价键连接的胶束，即非共价键合胶束( n o n - c o n v a l e n tc o n n e c t e dm i c e l l e s ， n c c m ) t 2 羽。 ( 1 ) 通过“氢键接枝共聚物 获得n c c m 该课题组制备的第一个n c c m 首先通过“氢键接枝共聚物 获得的，具体就是将 质子给体单元限制在聚合物( a 链) 的端基，当它与质子受体聚合物( b 链，其质子受 体单元可在键上无规分布) 溶解在共同溶剂中时就有可能通过a 链端基和b 链质子受 体单元的相互作用形成“氢键接枝共聚物”，这就是a b 胶束的前驱体。这一分子结构 与经典的嵌段聚合物非常地相似，随着a 的选择性溶剂加入，则形成以a 为“核 ，b 为“壳 的胶束，该胶束的“核 与“壳 之间以氢键相连接。该方法由l i u 首先实现， l i u t 2 9 。3 0 】等先将聚( 4 乙烯基吡啶) 端羧基聚苯乙烯( p 4 v p c p s ) 的共混物溶于氯仿溶 液，在溶液中二者以氢键连接，类似于接枝共聚物，再逐滴加入p 4 v p 的沉淀剂甲 苯，p 4 v p 迅速聚集，坍塌收缩，而c p s 在壳层维持其稳定，于是制备出由p 4 v p 为核， c p s 为壳的胶束，胶束的尺寸在2 7 3 1 n m 。如此形成的胶束，核与壳之间的连接不再是 共价键，而是氢键。w a n g 3 l 】等人也采用类似的方法研究端羧基聚丁二烯( c p b ) ，制 备出c p b p 4 v p 非共价键合胶束。 ( 2 ) 聚合物在溶剂、非溶剂中的自组装 在前述研究基础上，江明课题组又实现了一条新的制备n c c m 的路线聚合物 在溶剂、非溶剂中的自组装。 该方法由z h a o 首先实现，z h a o t 3 2 】等合成了一系列无规共聚物( p s c o p m a a ) ，即 4 第一苹绪论 s m a a ，其中m a a 基团的