共溶剂条件下制备高致密性聚合物单链纳米粒子的模拟研究
近年来，一种新型的纳米粒子——单链交联纳米粒子（single-chain nanoparticle,SCNP）引起了人们的广泛兴趣。单链交联纳米粒子是由具有活性基团的线性高分子链通过分子内键合（交联）而形成的一类软无序纳米物体。单链交联纳米粒子由单个聚合物链在极稀溶剂条件下通过分子内成键（包括共价键、非共价键或可逆共价键）发生链内塌缩而成。由于其独特的性质，聚合物单链纳米粒子已经被广泛应用到诸如药物输送、纳米反应器、催化剂载体、流变学等领域的研究中。更为重要的是，单链交联纳米粒子形成过程中的折叠/塌缩过程类似于蛋白质的折叠过程，因此研究其折叠/塌缩的过程及机理对理解蛋白质折叠、DNA包装和链间络合等许多方面都具有非常重要的理论参考意义。然而，由于单链交联纳米粒子的制备往往需要在极稀的溶液条件下进行，其最大的一个结构特点是由于分子内交联在活性基团之间随机发生，形成的单链交联纳米粒子往往具有不规则的内部结构。如果在分子链骨架上处于较远处的活性基团之间优先发生交联，那么最终得到的单链交联纳米粒子的球形对称性较高，但是如果近处先发生交联，则会促进链的局部球化，极易形成不规则的“串-珠”结构。因此如何实现对单链交联纳米粒子的形状及大小分散性的有效控制是当前单链交联纳米粒子制备中所面临的最大挑战。 针对上述问题，本论文的主要目标是利用分子动力学模拟技术，研究共溶剂效应对单链交联纳米粒子制备的影响。最近的研究发现，在两种良溶剂的混合溶液中，由于其中一种溶剂分子在聚合连表面的倾向性吸附，导致聚合物链在不同混合溶剂比例下出现了从舒展-塌缩-舒展的现象。本文证明了共溶剂效应可以用于制备高致密性的纳米粒子，并与在单组分良好溶剂条件下的模拟数据进行比较。分析了所形成的纳米粒子的拓扑多分散性、尺寸、形状参数（非球因子和柱状因子）。结果证实了单组分良溶剂中前驱体链的自规避行走链结构有利于功能性反应基团在较短轮廓距离内的结合，从而使其沿主链发生局部球化。而共溶剂效应对制备单链交联纳米粒子有很大的影响，在共溶剂中可以大幅抑制合成过程中形成的“串-珠”结构，在一定程度上阻止了单链交联纳米粒子的松散结构，更有利于“球形”单链交联纳米粒子的制备，从而在不增加活性交联剂的前提下获得更加紧密的单链交联纳米粒子。本文的研究结果为球形单链交联纳米粒子的合成开辟了新的途径。
聚合物单链纳米粒子;制备工艺;共溶剂;高致密性
吉林大学
硕士
物理化学
钱虎军
2020
中文
TQ316
2020-09-27（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）