新型技術(shù)引發(fā)/輔助聚合誘導(dǎo)自組裝研究進(jìn)展

摘 要： 聚合誘導(dǎo)自組裝（PISA）作為一種高效制備具有可控形貌組裝體的技術(shù)，可以在形成嵌段共聚物的同時原位自組裝形成組裝體，該技術(shù)具有操作簡單、產(chǎn)物固含量高的優(yōu)勢。大部分PISA采用熱引發(fā)的方式，該方法通常需要大量時間和較高的溫度。在過去的幾年里，更加環(huán)保節(jié)能的新型引發(fā)機(jī)制和輔助手段應(yīng)運(yùn)而生?？偨Y(jié)了采用光、酶、超聲、微波和氧化還原等新型技術(shù)引發(fā)/輔助聚合誘導(dǎo)自組裝的研究進(jìn)展。

關(guān) 鍵 詞：聚合誘導(dǎo)自組裝；新型引發(fā)/輔助方式；組裝體

中圖分類號：TQ050.4+25 文獻(xiàn)標(biāo)志碼： A 文章編號： 1004-0935（2024）09-1422-08

“活性”/可控自由基聚合技術(shù)包括氮氧穩(wěn)定自由基聚合（Nitroxide-Mediated Radical Polymeriza- tion，NMP）、原子轉(zhuǎn)移自由基聚合（Atom Transfer Radical Polymerization，ATRP）、可逆加成-斷裂鏈轉(zhuǎn)移（Reversible Addition Fragmentation Chain Transfer，RAFT）和開環(huán)易位聚合（Ring-Opening Metathesis Polymerization，ROMP）等?；谶@一技術(shù)的確立及發(fā)展，嵌段共聚物自組裝受到廣泛關(guān)注并獲得飛速發(fā)展。傳統(tǒng)的嵌段共聚物自組裝均采取先聚合后組裝的方法制備組裝體，存在所制備組裝體質(zhì)量分?jǐn)?shù)低（< 1%）和影響因素復(fù)雜、過程繁瑣、可重復(fù)性差等問題，很難商業(yè)化。PISA的出現(xiàn)很好的解決了以上問題。相較于傳統(tǒng)嵌段物自組裝，它可在溶液中同時進(jìn)行活性聚合與自組裝，具有簡便、高效、可重復(fù)的優(yōu)點(diǎn)。PISA可以實(shí)現(xiàn)球形膠束、蠕蟲膠束或囊泡等形貌的高濃度制備，廣泛應(yīng)用于生物醫(yī)藥^[1-3]、凝膠^[4-5]、催化劑^[6-8]、電池^[9-10]、Pickering乳化劑^[11]等領(lǐng)域。

在各種“活性”/可控聚合技術(shù)中，由于RAFT聚合具有單體和溶劑適用廣、引發(fā)體系豐富等特點(diǎn)，故RAFT聚合在PISA中運(yùn)用最為普遍?；诜稚⒕酆系木酆险T導(dǎo)自組裝示意圖如圖1所示，在合適的溶劑中，帶有活性末端的可溶性大分子鏈轉(zhuǎn)移劑，進(jìn)行RAFT擴(kuò)鏈聚合可溶于溶劑的第二單體，聚合生成兩親性嵌段聚合物的同時原位自組裝形成不同形貌的組裝體。聚合初期，疏溶劑嵌段聚合度較低，聚合體系為均相。當(dāng)疏溶劑嵌段聚合度增加至可以形成臨界膠束時，兩親性嵌段共聚物原位自組裝形成球形膠束，之后聚合場所主要在膠束內(nèi)。隨著單體增溶到球形膠束中不斷聚合，疏溶劑嵌段聚合度不斷增加，球形膠束尺寸相應(yīng)增大，當(dāng)達(dá)到一定臨界值，組裝體形貌發(fā)生變化，實(shí)現(xiàn)邊聚合邊形貌演變。此過程可以近似看作是一個熱力學(xué)平衡的過程，通過簡單調(diào)控疏溶劑嵌段的聚合度，進(jìn)而改變親溶劑和疏溶劑嵌段的比例獲得球形膠束、蠕蟲狀膠束、納米片層和囊泡等一系列形貌。其中，為堆積參數(shù)，由=/計算可得，表示疏溶劑嵌段的體積，表示親疏溶劑嵌段間的界面面積，表示疏溶劑嵌段的長度。如圖1所示，當(dāng)≤1/3，形成球形膠束；當(dāng)1/3≤=1/2，形成中等曲率的蠕蟲狀膠束；當(dāng)1/2≤≤1，形成低曲率的二維片層組裝體或囊泡結(jié)構(gòu)；當(dāng)>1，形成反相結(jié)構(gòu)，如大復(fù)合囊泡（Large Compound Vesicles，LCV）、大復(fù)合膠束、六方堆積空心環(huán)（HHH）等高級形貌組裝體^[12]。

經(jīng)過十多年的發(fā)展，PISA技術(shù)日益完善，新的基于各種“活性”/可控聚合方法與多種溶劑體系不斷地被開發(fā)，同時PISA制備嵌段共聚物組裝體的應(yīng)用也越來越廣泛。除了聚合方法及反應(yīng)介質(zhì)等方面的進(jìn)展，新型引發(fā)/輔助方式因其具有的反應(yīng)條件溫和、耗費(fèi)時間短、綠色環(huán)保等優(yōu)勢同樣引起了眾多科研工作者的關(guān)注并得到了廣泛的探索。

1 可見光引發(fā)PISA

相較于傳統(tǒng)熱引發(fā)PISA，可見光引發(fā)具有光源易得、反應(yīng)條件溫和、操作簡單等優(yōu)勢，得到了研究者的廣泛探索?？梢姽庖l(fā)調(diào)控RAFT聚合需要加入添加劑以產(chǎn)生自由基，分為光引發(fā)劑、光引發(fā)轉(zhuǎn)移終止劑、光催化劑三類^[13]。調(diào)控photo-RAFT聚合的添加劑光引發(fā)劑、光引發(fā)轉(zhuǎn)移終止劑、光催化劑如圖2所示，光引發(fā)劑通過特定的光照進(jìn)行單分子均裂或雙分子反應(yīng)產(chǎn)生自由基引發(fā)反應(yīng)；光引發(fā)轉(zhuǎn)移終止劑也被稱為光敏性大分子鏈轉(zhuǎn)移劑，其引發(fā)調(diào)控聚合是在可見光輻照下通過引發(fā)轉(zhuǎn)移終止機(jī)理實(shí)現(xiàn)，此時，反應(yīng)無需外加催化劑與自由基引發(fā)劑，具有較高的活性。然而，這種可見光介導(dǎo)的RAFT強(qiáng)烈依賴于RAFT劑的類型和有效光強(qiáng)度。雖然實(shí)現(xiàn)高單體轉(zhuǎn)化率不是問題，但與光引發(fā)劑或光催化劑方法相比，聚合速率可能很有問題^[14]；光氧化還原催化劑應(yīng)用于基于金屬絡(luò)合物或有機(jī)染料存在的反應(yīng)中，它通過光誘導(dǎo)電子轉(zhuǎn)移（PET）引發(fā)和調(diào)控RAFT聚合過程。

光引發(fā)聚合誘導(dǎo)自組裝（Photo-PISA）的概念首先由蔡元利課題組^[15]提出，他們利用光引發(fā)劑苯基鈉鹽-三甲基苯甲酰亞磷酸鹽（SPTP）引發(fā)二丙酮丙烯酰胺（DAAM）RAFT分散聚合。室溫合成不同聚合度（DP）的PHPMAm-b-PDAAM球過程，均表現(xiàn)出良好的控制性（?< 1.3）。此外，以N-（2-氨基乙基）丙烯酰胺（AEAM）作為共聚單體合成的納米顆粒可以通過后聚合過程與金屬結(jié)合基序進(jìn)一步功能化。蔡元利課題組^[16]使用同樣的技術(shù)合成了一組不尋常的形態(tài)，如絲綢、條帶、相互連接的囊泡和納米管，這擴(kuò)展了通過photo-PISA過程實(shí)現(xiàn)的形態(tài)。除SPTP外，其他光引發(fā)劑如2，4，6-三甲基苯甲基磷酸酯（TPO）^[17]、2-羥基-40-2-（羥基乙氧基）-2-甲基丙苯酮（PP-OH）^[18]、苯基（2，4，6-三甲基苯甲基）磷酸酯（LiPTP）^[19]和阿霉素（DOX）^[20]也被用作光PISA的光引發(fā)劑。譚劍波課題組報道了光引發(fā)TPO在RAFT-PISA中的應(yīng)用，隨后在不同波長下進(jìn)行光接枝制備了表面功能化的聚合物微球^[21]。光引發(fā)劑誘導(dǎo)的photo-PISA的趨勢之一是盡量減少光引發(fā)劑的使用或使其雙相作用。譚劍波等^[4]開發(fā)了一種策略，將TPO附著在RAFT劑的R基團(tuán)（TPO-CDPA）上，從而使光引發(fā)劑可以附著在聚合物納米物體的表面。這種光引發(fā)-RAFT試劑可以啟動和控制聚合，從而克服了使用小分子I型光引發(fā)劑的一些缺點(diǎn)。Boyer的研究小組^[22]報道了在沒有外部催化劑或引發(fā)劑的情況下使用可見光介導(dǎo)RAFT分散PISA產(chǎn)生不同形態(tài)的納米顆粒。有趣的是，在高單體轉(zhuǎn)化率下，根據(jù)所采用的光的波長形成不同的形態(tài)，這可能是由于不同程度的聚合控制。該研究小組利用光誘導(dǎo)電子轉(zhuǎn)移-可逆加成?碎片鏈轉(zhuǎn)移（PET-RAFT）聚合，在室溫下合成具有不同形態(tài)（如蠕蟲和囊泡）的納米顆粒，擴(kuò)展了這一概念^[23]。安澤勝課題組^[24]開發(fā)了基于普通黃酮蛋白的天然光酶催化方法，用于可見光照射下的控制自由基聚合。這種聚合在溫和的條件下是高效的，適用于各種單體，同樣適用于均相和非均相介質(zhì)，并可以通過打開和關(guān)閉光進(jìn)行外部調(diào)制。

可見光引發(fā)PISA的一個重要特點(diǎn)是可以在溫和的條件下（室溫、水介質(zhì)、可見光）下制備二嵌段共聚物囊泡，這對于制備含有生物化物種（如蛋白質(zhì)）的功能囊泡非常重要。譚劍波課題組^[25]報道利用Photo-PISA在室溫下合成聚（乙二醇）-聚（2-甲基丙烯酸丙酯）（PEG-PHPMA）納米顆粒，利用可見光制備不同形貌的組裝體的示意圖和TEM圖片如圖3所示，通過改變PHPMA的目標(biāo)DP和固體含量成功得到不同形貌的聚合物納米顆粒（如球形、蠕蟲狀和囊泡）并制備出了相圖。

與熱引發(fā)相比，Photo-PISA可以更好通過反應(yīng)液外觀觀察組裝體形貌的轉(zhuǎn)化，其中蠕蟲狀膠束外貌呈現(xiàn)獨(dú)特的膠狀現(xiàn)象，從反應(yīng)外觀上最容易分辨。其中以聚乙二醇（PEG）作為可溶性鏈段，HPMA擴(kuò)鏈，在可見光照射15 min內(nèi)完成單體轉(zhuǎn)化，聚合速率高于傳統(tǒng)熱引發(fā)PISA。同時將二氧化硅納米顆粒和牛血清白蛋白（BSA）成功通過Photo-PISA封裝到mPEG-PHPMA囊泡中，后者在聚合過程中保留活性。由此可見光引發(fā)的PISA為聚合物?蛋白復(fù)合物的合成開辟了新的可能性。之后他們采用光引發(fā)RAFT-PISA制備了P（DMAEMA-b-HPMA）囊泡，該囊泡具有CO響應(yīng)性。在聚合過程中可將高達(dá)25%的SiO納米粒子包裹其中，之后利用囊泡具有CO響應(yīng)性這一特點(diǎn)可將其從囊泡中釋放出來。該實(shí)驗(yàn)通過Photo-PISA 綠色高效地制備了響應(yīng)性囊泡并發(fā)展了其應(yīng)用，讓研究者產(chǎn)生了濃厚的興趣。但之后仍需進(jìn)一步提高Photo-PISA過程中包裹效率，降低損耗。

部分光聚合PISA對氧氣耐受，反應(yīng)不受氧氣的困擾，因此可以應(yīng)用于高通量和連續(xù)聚合誘導(dǎo)自組裝中。這類Photo-PISA具有高效合成，節(jié)約實(shí)驗(yàn)材料，有助于擴(kuò)大聚合誘導(dǎo)自組裝的應(yīng)用范圍。此外，在Photo-PISA過程中，光照的分布與強(qiáng)度等因素對動態(tài)聚合速率的影響更為復(fù)雜。而在連續(xù)流動Photo-PISA中，光源分布與輻照強(qiáng)度均勻，提高了photo-PISA可控性與生產(chǎn)規(guī)模。Boyer課題組^[26]采用Photo-PISA連續(xù)制備了不同形貌的納米粒子。利用可見光進(jìn)行連續(xù)聚合制備不同形貌組裝體示意圖如圖4所示，他們使用流動反應(yīng)器技術(shù)在聚合過程中通過優(yōu)化光照強(qiáng)度、調(diào)節(jié)組分停留在反應(yīng)器的時間進(jìn)行連續(xù)聚合。這為后續(xù)高精度連續(xù)生產(chǎn)納米粒子奠定了基礎(chǔ)。

2 酶引發(fā)/輔助PISA

2.1 酶引發(fā)PISA

酶引發(fā)PISA同樣具有反應(yīng)條件溫和、無需隔絕氧氣和綠色環(huán)保等優(yōu)勢，與可見光引發(fā)PISA相同，可通過監(jiān)測黏度很容易地制備出純的、蠕蟲狀的聚合物納米物體。此外，該方法可以將無機(jī)納米顆粒和蛋白質(zhì)原位裝載到囊泡中，大大擴(kuò)展了PISA的應(yīng)用前景。di Lena^[27]和同事首次報道了酶催化的自由基聚合，其中漆酶或辣根過氧化物酶（HRP）、烷基鹵化物和抗壞血酸分別作為催化劑、引發(fā)劑和還原劑。安澤勝課題組^[28]于2015年在室溫下首次實(shí)現(xiàn)了基于HRP/HO/乙酰丙酮（ACAC）的三元引發(fā)體系。之后他們報道了一種基于葡萄糖氧化酶（GOx）脫氧和過氧化氫/維生素C（過氧化氫/Vc）氧化還原引發(fā)RAFT聚合的新方法，該方法可在空氣中與低溫條件下進(jìn)行^[29]。GOx在葡萄糖存在下催化氧還原生成過氧化氫，過氧化氫直接與Vc組成氧化還原對，有效生成羥基自由基，在空氣中啟動RAFT聚合。該課題組還展示了酶級聯(lián)催化引發(fā)RAFT聚合，以在開放于空氣的容器中實(shí)現(xiàn)多嵌段和超分子量聚合物^[30]。這種方法的成功依賴于吡喃糖氧化酶（P2Ox）非凡的脫氧能力，以及辣根過氧化物酶（HRP）產(chǎn)生溫和而有效的自由基（圖5）。Qiao課題組^[31]首次報道了使用紅細(xì)胞中包含的血紅蛋白（Hb）通過可逆的加成-碎片鏈轉(zhuǎn)移（RAFT）過程來驅(qū)動受控的自由基聚合。除了使用血紅蛋白作為鐵的來源外，他們還使用了葡萄糖氧化酶（GOx）來生產(chǎn)過氧化氫（HO）。在使用Hb或細(xì)胞作為聚合催化劑之前，不需要對它們進(jìn)行預(yù)處理，這表明了在不需要體外技術(shù)的復(fù)雜生物微環(huán)境中進(jìn)行合成工程的潛力。由于催化系統(tǒng)中使用的試劑（Hb和過氧化氫）的普遍存在，這種方法可能促進(jìn)合成大分子體內(nèi)細(xì)胞工程新策略的發(fā)展。P2Ox-HRP級聯(lián)催化RAFT聚合的RAFT聚合示意圖見圖5。

譚劍波課題組^[32]報道了一種在室溫下通過酶引發(fā)RAFT聚合制備不同形態(tài)的AB二嵌段共聚物納米物體的新型耐氧PISA。HPMA的酶引發(fā)水性RAFT分散聚合示意圖如圖6所示，通過辣根過氧化物酶（HRP）催化過氧化氫氧化乙酰丙酮（ACAC），生成ACAC自由基輔助RAFT-PISA分散聚合。利用基于單甲氧基聚（乙二醇）（mPEG113）為大分子鏈轉(zhuǎn)移劑，甲基丙烯酸丙酯（HPMA）為成核單體，溫和的反應(yīng)條件下快速合成納米物體，包括球體、蠕蟲和囊泡。動力學(xué)結(jié)果表明，在20 min內(nèi)實(shí)現(xiàn)了高單體轉(zhuǎn)化率（>99%），表明ACAC自由基生成快，HRP催化效率高。用該方法同樣可將無機(jī)納米顆粒和蛋白質(zhì)原位裝入囊泡中。在本研究中，他們還利用酶級聯(lián)催化引發(fā)的RAFT聚合，開發(fā)了基于Gox與HRP酶級聯(lián)催化的耐氧PISA。

Konkolewicz課題組^[33]通過聚合動力學(xué)分析，對酶引發(fā)的RAFT聚合進(jìn)行了詳細(xì)的機(jī)理和動力學(xué)研究。研究了HRP引發(fā)的二甲基丙烯酰胺（DMAm）的RAFT聚合。探討了當(dāng)反應(yīng)組分HRP、CTA、過氧化氫ACAC發(fā)生改變時，HRP催化的RAFT聚合反應(yīng)速率的變化。該聚合以過氧化氫為底物，ACAC為中介物，由2-（丙酸）乙基三硫丙烯控制。一般來說，該方法可以得到理論分子量分布一致的聚合物。動力學(xué)和酶學(xué)分析表明，HRP負(fù)載加速了反應(yīng)，需要一個臨界濃度的ACAC才能有效地生成聚合起始自由基。需要PAETC RAFT劑來控制反應(yīng)，盡管RAFT劑對酶的性能和聚合也有抑制作用。

2.2 酶輔助PISA

酶催化也被用于PISA過程中的脫氧。酶輔助PISA指的是在PISA過程，酶協(xié)助聚合但不參與直接引發(fā)。Stevens等^[34]報道了在容器中通過酶輔助RAFT聚合，其中使用Gox脫氧，VA-044引發(fā)聚合。GOx的使用是因?yàn)槠涓呋钚裕軌蛟跇O低的濃度下完全脫氧介質(zhì)，以及與有機(jī)溶劑的相容性。如何擴(kuò)大可調(diào)控二氧化碳（CO）響應(yīng)性嵌段共聚物組裝體的制備規(guī)模是PISA領(lǐng)域中的難點(diǎn)之一。在此，譚劍波課題組開發(fā)了一種基于酶輔助光引發(fā)聚合誘導(dǎo)自組裝的策略，用于制備高濃度的交聯(lián)CO響應(yīng)囊泡組裝體^[35]。通過酶輔助photo-PISA制備交聯(lián)CO響應(yīng)囊泡示意圖如圖7所示，以CDPA為RAFT試劑，將甲基丙烯酸甘油（GMA）在乙醇中進(jìn)行RAFT溶液聚合，制備了PGMA-CDPA大分子鏈轉(zhuǎn)移劑。以SPTP作為光引發(fā)劑，通過酶輔助photo-PISA對HPMA、DMAEMA和ALAM進(jìn)行鏈延伸。另外在反應(yīng)混合物中加入少量的葡萄糖氧化酶和葡萄糖消耗氧氣，可以將photo-PISA應(yīng)用到開放環(huán)境中，無需受氧氣這一因素的困擾。這種方法促進(jìn)了高通量應(yīng)用，允許更快地構(gòu)建PISA相圖。此外，在聚合過程中還加入了不對稱交聯(lián)劑甲基丙烯酸烯丙酯（AMA）進(jìn)行原位交聯(lián)，通過調(diào)控疏溶劑嵌段聚合度以控制囊泡的二氧化碳的響應(yīng)性。將CO響應(yīng)囊泡應(yīng)用到二氧化硅（SiO）納米顆粒方面，可增加二氧化硅（SiO）包埋量。譚劍波等在2021年將這種技術(shù)應(yīng)用到連續(xù)流動反應(yīng)器中，為大規(guī)模生產(chǎn)納米物體提供了可能性。該研究小組采用類似的技術(shù)，通過酶輔助RAFT乳液聚合從丙烯酸叔丁酯或甲基丙烯酸叔丁酯合成高階形貌。

3 超聲引發(fā)PISA

通常，將超出人耳聽力范圍（＞20 kHz）的聲波定義為超聲波，頻率大于100 kHz的聲波稱為高頻超聲。超聲誘導(dǎo)可以產(chǎn)生物理效應(yīng)與化學(xué)效應(yīng)，將其應(yīng)用于化學(xué)反應(yīng)中可制備微納米材料、乳液和聚合物合成、生物醫(yī)藥、食品加工和環(huán)境修復(fù)等領(lǐng)域。這種技術(shù)手段被稱為超聲化學(xué)，所用頻率為20 kHz～1 MHz。超聲化學(xué)制備納米材料始于20世紀(jì)80年代，其主要的原理是利用高能量超聲波產(chǎn)生的空化氣泡，這些氣泡的中心溫度可高達(dá)5000 K，壓力可達(dá)到100 MPa。當(dāng)空化氣泡在運(yùn)動和破裂的過程中，會釋放出大量能量，創(chuàng)造反應(yīng)體系的局部高溫高壓環(huán)境，激活特定的化學(xué)反應(yīng)或者導(dǎo)致化學(xué)鍵的斷裂。

在PISA領(lǐng)域中，一個很少被探索過的但很有前途的策略便是利用超聲波引發(fā)/輔助聚合誘導(dǎo)自組裝。目前，高頻超聲波在不使用低溫自由基引發(fā)劑的前提下已成功地制備出明確的均聚物。在這樣的體系中，超聲波直接從水分子的均解過程中產(chǎn)生自由基，作為RAFT聚合的引發(fā)劑。因此，用高頻超聲波激活的RAFT-PISA（sono-RAFT-PISA）是很有前途的，因?yàn)樗鼘硪韵潞锰帲篿）較低的反應(yīng)溫度；ii）完全的單體轉(zhuǎn)化；iii）沒有額外的引發(fā)劑，導(dǎo)致自組裝的共聚物材料不含揮發(fā)性有機(jī)化合物。

Qiao課題組^[36]在45 °C、490 kHz的條件下超聲波誘導(dǎo)PISA，以水為溶劑與引發(fā)劑成功合成了以聚（N-異丙基丙烯酰胺-co-N，N’-亞甲基雙丙烯酰胺）P（NIPAM-co-MBA）為核、聚乙二醇單甲醚丙烯酸酯（PPEGA）為殼的熱敏納米凝膠（Dh≤69 nm，PDI≤0.26）。

Thang課題組^[37]使用900 kHz超聲波，室溫下合成二嵌段聚合物P（EG-b-HPMA）。首次證明了sono-RAFT-PISA可以在室溫下制備嵌段共聚物納米物體的各種形態(tài)，包括球形膠束、蠕蟲和囊泡（通過超聲制備不同形貌組裝體的示意圖與TEM圖見圖8）。

在sono-RAFT-PISA中，使用水作為溶劑和引發(fā)劑顯示了該技術(shù)的“綠色”合成特性。結(jié)果表明，超聲RAFT-PISA制備的嵌段共聚物納米物體的形態(tài)與傳統(tǒng)的熱PISA制備的不同。此外，還研究了超聲波和交聯(lián)劑的存在對納米物體形貌的影響。研究發(fā)現(xiàn)，超聲波會影響蠕蟲狀膠束的穩(wěn)定性，但可以通過核交聯(lián)（CCL）來加強(qiáng)?？傊?，超聲的外部調(diào)節(jié)、易于擴(kuò)展和可持續(xù)的“綠色”特性有潛力促進(jìn)sono-PISA在納米物體制造中的應(yīng)用。

相對于傳統(tǒng)熱引發(fā)PISA體系，超聲引發(fā)水相PISA法縮短了制備組裝體的時間，更加環(huán)保節(jié)能。與光引發(fā)、酶引發(fā)相比，超聲波輔助PISA無需另加催化劑，其反應(yīng)介質(zhì)同樣不受限制。

4 微波輔助PISA

微波是一種波長范圍在1 μm～1 mm、頻率在300 MHz～300 GHz的高能量電磁波，廣泛應(yīng)用于許多研究和應(yīng)用領(lǐng)域中。Gedye等在1980年代中期首次對微波輔助合成小分子化學(xué)進(jìn)行介紹，之后隨著微波反應(yīng)器的誕生，微波化學(xué)逐漸發(fā)展成為新的化學(xué)學(xué)科。微波促進(jìn)化學(xué)反應(yīng)的機(jī)理分為熱效應(yīng)與非熱效應(yīng)，而目前主要是通過“微波介質(zhì)加熱”效應(yīng)。

微波這一新型引發(fā)/輔助方式雖未得到廣泛應(yīng)用，但其具有的優(yōu)勢不可忽略：a）廣泛的適用性，即使用限制很少；b）提高了反應(yīng)速率；c）在溶液和固相合成中的適用性；d）提高了產(chǎn)品產(chǎn)量；e）可擴(kuò)展性；f）獲得導(dǎo)電加熱無法實(shí)現(xiàn)的化學(xué)轉(zhuǎn)化；g）它代表了一種受控的加熱方法。利用其加熱快速均勻、效率高的優(yōu)勢，將微波輔助聚合誘導(dǎo)自組裝可以大幅縮短反應(yīng)時間，可實(shí)現(xiàn)PISA的快速合成。

Andrew B. Lowe課題組^[38]首次報道了微波條件對聚合誘導(dǎo)自組裝合成嵌段共聚物納米顆粒的動力學(xué)影響。以甲醇為溶劑，比較研究了微波輔助和傳統(tǒng)加熱在甲醇中RAFT分散聚合PISA中的作用。實(shí)驗(yàn)證明在所有的情況下，與在其他相同條件下進(jìn)行的傳統(tǒng)加熱體系相比，微波聚合給出了更快地轉(zhuǎn)化率。因此將微波應(yīng)用到PISA體系中，有望在短時間內(nèi)合成嵌段共聚物組裝體。目前，微波輔助PISA這一領(lǐng)域未得到廣泛的探索，但微波具有的優(yōu)勢不可忽略。

5氧化還原引發(fā)PISA

氧化還原引發(fā)劑的低活化能使聚合能夠在相對較低的溫度下進(jìn)行，這有利于熱敏聚合物/藥物和生物反應(yīng)材料的合成。DOS SANTOS A M等^[39]報道了氧化還原劑（過硫酸鉀（KPS）/代謝鈉（SMB））在RAFT介導(dǎo)的分散體系中的應(yīng)用。An等^[40]報道了一種使用KPS/l-抗壞血酸鈉鹽（NaAs）作為氧化還原引發(fā)劑進(jìn)行RAFT分散聚合制備2-甲氧基乙基丙烯酸酯（MEA）基核交聯(lián)納米凝膠的方法，該方法可在低溫（30 ℃和40 ℃）下進(jìn)行，得到的產(chǎn)物質(zhì)量分?jǐn)?shù)高達(dá)32%。KPS/ NaAs氧化還原引發(fā)體系是一種經(jīng)典的氧化還原組合，被廣泛應(yīng)用在低溫聚合中。譚劍波課題組^[41]利用這種氧化還原組合在25～50℃進(jìn)行RAFT乳液聚合，合成PPEGMA-b- PGlyMA嵌段共聚物，并產(chǎn)生更高階形貌。結(jié)果表明，較高的溫度有利于PGlyMA的移動，導(dǎo)致組裝體的形貌從球形轉(zhuǎn)變?yōu)槿湎x和囊泡。Armes課題組^[42]報道了分別在80℃和30℃加入熱引發(fā)劑和氧化還原引發(fā)劑的RAFT水乳液聚合。使用聚（2-（n-丙烯酰氧基）乙基吡咯烷酮）（PNAEP）作為一種新的非離子穩(wěn)定劑，以VA-044作為熱引發(fā)劑，在40 min內(nèi)實(shí)現(xiàn)了苯乙烯的完全轉(zhuǎn)化，能良好地控制分散性（< 1.30）。同時，在pH=3和30℃下使用KPS/AscA氧化還原引發(fā)劑，可以在25 min內(nèi)實(shí)現(xiàn)丙烯酸正丁酯（nBA）的完全轉(zhuǎn)化。盡管觀察到相對較高的分散性（=1.52～1.64），但它仍然比VA-044在80 ℃下引發(fā)的nBA聚合有更好的控制作用（=3.00）。

6結(jié)束語

總結(jié)了PISA領(lǐng)域中非熱引發(fā)/輔助方式的優(yōu)勢與研究進(jìn)展，包括可見光引發(fā)、酶引發(fā)/輔助、超聲引發(fā)、微波輔助、氧化還原引發(fā)。以上引發(fā)/輔助方式均具有反應(yīng)迅速、高轉(zhuǎn)化率、環(huán)保節(jié)能等優(yōu)勢。此外，可見光引發(fā)、酶引發(fā)/輔助與氧化還原引發(fā)可在溫和的條件下合成生物功能化的納米材料，使得PISA的潛在應(yīng)用領(lǐng)域擴(kuò)大。

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Research Progress in Initiation/Assisted Polymerization-Induced

Self-Assembly by Novel Technologies

DING Shizong， HAN Andi， SUN Qinxiang， APULA Aishan， SHAO Xin

（School of Material Science and Engineering， North Minzu University， Yinchuan， Ningxia 750021，China）

Abstract：Polymerization-induced self-assembly （PISA）， as an efficient technology for the preparation of assemblies with controllable morphology， can form assemblies in situ while forming block copolymers， which has the advantages of simple operation and high solid content. Most PISAs are heat-primed， which typically requires a lot of time and high temperatures. In the past few years， new initiation mechanisms and auxiliary means that are more environmentally friendly and energy-saving have emerged. In this paper， the research progress of initiating/assisting polymerization-induced self-assembly using new technologies such as light， enzyme， ultrasound， microwave and redox was summarized.

Key words：Polymerization-induced self-assembly; Novel initiation/auxiliary methods; Assemblies