上海交通大學研究人員在嵌段共聚物自組裝研究領域取得新進展

兩親性嵌段共聚物的溶液自組裝提供了一種簡單有效的自下而上製備形貌可控超分子組裝體的方法。 組裝體形貌可以通過眾多因素調控， 包括聚合物組成、聚合物濃度、溶劑性質、水含量等。 在各種嵌段共聚物組裝體中， 具有反相介孔結構的膠體粒子（通常稱為polymer cubosomes和hexasomes）因其獨特的結構和學術研究價值吸引了人們的廣泛關注。 這些組裝體可作為製備孔結構高度有序介孔材料的理想範本， 在化學分離、能源存儲與轉化、催化等領域具有潛在應用。

溶液中兩親性嵌段共聚物的自組裝行為類似兩親性小分子。

以常見的磷脂分子在溶液中自組裝為例， 其組裝體形貌由堆積參數（P = V/a0lc）決定， 公式中V表示疏水段體積， a0表示親水端基和疏水部分的接觸面積， lc代表疏水段長度。 隨著堆積參數的增大（0 1時會形成相應的反相結構。 其中， 雙連續結構具有三重週期極小曲面（Triply Periodic Minimal Surfaces）， 其平均曲率為零， 主要包括三種基本結構：Gyroid曲面（空間群Ia3d）， Diamond曲面（Pn3m）和Primitive曲面（Im3m）。 這些結構具有高度對稱的兩套相互嵌套但互不相連的孔道結構， 在兩親性小分子的溶液自組裝中較為常見， 但在聚合物自組裝中卻很難形成。 這可能是由於聚合物具有分子量分佈以及聚合物自組裝中存在相對較多的影響因素造成難以控制雙連續結構組裝體的形成。 因此， 找到合適的自組裝體系和組裝條件， 可控制備上述雙連續結構組裝體成為聚合物自組裝研究領域長期難以攻克的難題。

近期， 上海交通大學化學化工學院的麥亦勇研究員團隊、韓璐研究員團隊與德累斯頓工業大學的馮新亮教授團隊合作， 在這一研究領域取得了顯著進展。 他們選用結構簡單、易合成的兩親性嵌段共聚物， 聚苯乙烯-聚氧化乙烯（PS-b-PEO）， 將其溶解在二甲基甲醯胺/二氧六環混合溶劑中， 通過緩慢滴加水驅動共聚物自組裝， 並通過調節PS鏈段的體積分數（90.3%~94.9%）和共聚物濃度（1~20 wt%）， 可控制備了三種不同有序孔結構的介孔超分子組裝體， 包括Im3m和Pn3m結構的反相雙連續結構組裝體（cubosomes）和p6mm結構的反相組裝體（hexasomes）。 基於共聚物濃度和PS鏈段體積分數，

他們繪製了PS-b-PEO自組裝形貌相圖。 他們還通過跟蹤組裝體形成過程中的中間體形貌， 獲得了上述反相組裝體的形成機制， 為製備雙連續結構組裝體提供了重要參考。 該研究成果發表在新一期的《Angewandte Chemie International Edition》， 文章第一作者為碩士研究生林志興。

參考文獻：

Lin Z, Liu S, Mao W, et al. Tunable Self-Assembly ofDiblock Copolymers into Colloidal Particles with Triply Periodic MinimalSurfaces [J]. Angewandte Chemie International Edition, 2017, DOI: 10.1002/anie.201702591.

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http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.201702591/abstract

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