嵌段共聚物在超分子材料中的應(yīng)用

【摘 要】嵌段共聚物具有比較規(guī)整的結(jié)構(gòu)并能夠在一定條件下通過(guò)分子的自組裝形成具有特殊物理化學(xué)性能的超分子材料。形成的超分子結(jié)構(gòu)在各方面有很好的應(yīng)用潛能。

【關(guān)鍵詞】超分子材料；嵌段共聚物

1、前言

近年來(lái)，超分子化學(xué)和其他學(xué)科相互滲透，已經(jīng)發(fā)展成化學(xué)領(lǐng)域的研究前沿。隨著社會(huì)的發(fā)展，人們對(duì)材料性能的要求越來(lái)越高。為了滿足特殊的應(yīng)用需求，大多數(shù)材料都需要經(jīng)過(guò)特殊的加工或改性，而通過(guò)分子自組裝的方式，卻可以避免這些繁瑣的過(guò)程，直接得到具有獨(dú)特結(jié)構(gòu)和性能的超分子材料。分子自組裝，主要是分子之間通過(guò)非共價(jià)力（親水性，疏水性，氫鍵，靜電作用，范德華力等）相互作用，形成具有一定結(jié)構(gòu)和形態(tài)的分子聚集體和超分子結(jié)構(gòu)。

由于嵌段共聚物具有比較規(guī)整的結(jié)構(gòu)并能夠在一定條件下通過(guò)分子的自組裝形成具有特殊物理化學(xué)性能的超分子材料， 使它成為一類很好的制備超分子材料的原料，是當(dāng)前高分子科學(xué)領(lǐng)域研究的熱點(diǎn)之一。能夠自組裝成超分子結(jié)構(gòu)的嵌段共聚物主要是兩嵌段共聚物，按各嵌段的組成特點(diǎn)可以分成兩類：1）無(wú)規(guī)線團(tuán)—無(wú)規(guī)線團(tuán)兩嵌段共聚物;2）棒狀—無(wú)規(guī)線團(tuán)兩嵌段共聚物。

在嵌段共聚物中，由于各嵌段的不相容性，能夠發(fā)生自組裝形成球形、棒狀、薄層狀、囊泡等各種不同形態(tài)的超分子聚集體。影響聚集體形態(tài)的因素主要有各嵌段的組成、溶劑的種類及加入方式、溫度、濃度等。形成的超分子結(jié)構(gòu)在光電材料、藥物載體、組織工程等方面有很好的應(yīng)用潛能。本文綜述了嵌段共聚物作為超分子材料的應(yīng)用。

2、在超分子材料中的應(yīng)用

嵌段共聚物通過(guò)自組裝可以形成的具有多種形貌的聚集體，這就賦予其許多獨(dú)特的性能，在超分子材料中具有很好的應(yīng)用潛能。

2.1藥物載體

Yokayama等人將PEG和聚天冬氨酸(PAsp)的嵌段共聚物(PEG-b-PAsp)與藥物分子阿霉素(DOX)發(fā)生縮合反應(yīng)，用共價(jià)鍵將藥物DOX連接到PEG-b-PAsp載體上， PEG-Pasp(DOX) 嵌段共聚物在水中能自組裝成穩(wěn)定的膠束。而且，DOX之間的相互作用可以使膠束內(nèi)核的凝聚力增加，另外體系中游離的DOX可以包埋在膠束內(nèi)，能夠減少D0X對(duì)人體的毒副作用。到目前為止，這一給藥體系已處在動(dòng)物試驗(yàn)階段，不久將進(jìn)入一期臨床試驗(yàn)。

Caliceti等先將胰島素、PLA、PEG溶于DMSO中，然后利用壓縮CO2除去溶劑，得到PLA-b-PEG嵌段共聚物的納米粒子。通過(guò)調(diào)節(jié)的PEG的分子量(350～1900Da)和PEG/PLA的投料比(0%～75%)，可以得到不同粒徑的納米粒子。試驗(yàn)結(jié)果顯示，PEG的分子量對(duì)共聚物粒徑的大小影響不大，但是隨PEG含量的增大共聚物粒徑減小。主要是由于共聚物溶液與水相之間的界面張力對(duì)粒徑有一定的影響，共聚物的親水性越強(qiáng)，與水相間界面張力越小，粒徑越小。體外溶出實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，胰島素的溶出速率隨PEG含量的增大而加快，因此可以通過(guò)調(diào)節(jié)嵌段共聚物中PEG與PLA的含量比例來(lái)控制藥物釋放。

2.2基因和組織工程

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為基因載體，轉(zhuǎn)染肝細(xì)胞結(jié)果表明該載體可與DNA 自發(fā)形成聚離子復(fù)合物膠束，通過(guò)受體介導(dǎo)轉(zhuǎn)運(yùn)的方式被肝細(xì)胞攝取，使轉(zhuǎn)染效率大大提高。Kubies等人用PLA-PEG-PLA三嵌段共聚物與PLA共混后用作組織工程支架的材料，該共混物在材料表面可以發(fā)生自組裝形成具有不同表面能和官能團(tuán)的結(jié)構(gòu)化微區(qū)。

2.3光電材料

Thomas等人研究了具有對(duì)稱結(jié)構(gòu)的無(wú)規(guī)線團(tuán)－無(wú)規(guī)線團(tuán)兩嵌段共聚物的自組裝行為，這種分子可以組裝成有序的層狀結(jié)構(gòu)，能夠用在集成光路中。如果各組成嵌段的折光指數(shù)不同，也就是說(shuō)，這種材料的折光指數(shù)在一定的周期內(nèi)發(fā)生變化，材料就能夠表現(xiàn)出光子晶體的性質(zhì)。由于材料的光學(xué)性質(zhì)主要依賴于層間的間距，因此需要對(duì)稱性的無(wú)規(guī)線團(tuán)－無(wú)規(guī)線團(tuán)兩嵌段共聚物來(lái)得到規(guī)整結(jié)構(gòu)的材料。較早用來(lái)調(diào)節(jié)光學(xué)性質(zhì)的方法是將兩嵌段共聚物與各組成嵌段均聚物的等量混合物進(jìn)行共混。Thomas及其合作者將具有對(duì)稱結(jié)構(gòu)的聚苯乙烯－b－聚異戊二烯共聚物與含有等量聚苯乙烯和聚異戊二烯的混合物進(jìn)行共混，所制得的膜具有層狀結(jié)構(gòu)，并且能反射一定波長(zhǎng)的紫外和可見(jiàn)光。如果均聚物的混合物在共混物中的組成從0增加到60wt％，膜的反射波長(zhǎng)可以在350nm與600nm之間調(diào)節(jié)。

3、結(jié)論及展望

嵌段共聚物是一種很有潛能的制備自組裝材料的原料。相對(duì)其他的嵌段共聚物而言，無(wú)規(guī)線團(tuán)－無(wú)規(guī)線團(tuán)兩嵌段共聚物的研究最深入，并對(duì)它們的相行為也有了相對(duì)較好的理解。通過(guò)嵌段分子的自組裝來(lái)制備功能材料具有可行性，并且可以避免額外的加工和改性過(guò)程。這無(wú)疑是一個(gè)具有遠(yuǎn)大前景的研究領(lǐng)域，并在不久的將來(lái)有重大的進(jìn)展。

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