长春应化所聚合物囊泡形成机理研究取得重要进展

2010-9-14 15:01 来源: 中国科学院
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聚合物囊泡形成过程示意图

  中科院长春应用化学研究所高分子物理与化学国家重点实验室姜伟课题组将计算机模拟与实验相结合,揭示了聚合物囊泡的形成机理与体系的热力学过程相关,研究工作发表在《美国化学会志》(J. Am. Chem. Soc. 2010, 132, 1144-1150)上。

  聚合物囊泡因其特殊的结构和环境响应性,在药物封装、缓释及微反应器等方面有着广泛的应用,并因此受到了极大关注,但对其形成机理的认识目前还不统一。一种观点认为囊泡是由膜弯曲、再封闭形成的,而另一观点认为是组装体中先形成亲水的核,核再吸水膨胀形成囊泡。

  长春应化所研究人员以PVP-b-PS-b-PVP两亲性三嵌段共聚物为对象,通过计算机模拟和实验相结合研究发现,该共聚物在选择性溶剂中的囊泡形成机理与热力学过程相关。具体表现为在快速退火条件下囊泡是由膜弯曲、封闭形成的,而在慢速退火条件下囊泡是通过核、核再吸水膨胀形成的。进一步研究表明,出现这一现象的原因是在热力学上体系存在许多的亚稳态。不同的退火条件,体系演化所经历的亚稳态(图中自由能形貌图凹陷处)是不同的,进而决定了囊泡形成机理的不同。

  该研究结果为聚合物囊泡结构的调控和应用提供了新的思路和理论依据。相关工作得到了国家自然科学基金委、科技部和中国科学院基金的支持。

  近年来,长春应化所在含囊泡在内的共聚物胶束的结构、形成机理及其调控方面取得了一系列成果,相关工作发表在Macromolecules, J. Phys. Chem. B, Langmuir, Soft Matter等杂志上,并得到了国内外同行的关注和好评,共被引用200余次。该研究领域的知名专家加拿大多伦多大学M. Winnik,美国宾夕法尼亚大学D. Discher,华盛顿大学K. Wooley等教授在他们的综述论文、亮点论文及研究论文中对这些工作给予了高度评价、重点介绍或图文转载。