Winnik院士《JACS》：一步合成均一胶束

　　一维嵌段共聚物（BCP）结构例如圆柱和纤维等由于具有较低的界面曲率而展现出一系列的独特的属性，因此可以被应用于纳米技术和材料领域，例如可以作为抗冲改性剂并有效降低环氧树脂的脆性，可以作为药物载体以及抗菌表面修饰剂等。目前，通过低成本解决方案来高精度地制备功能性纳米和微米级一维组装体仍然具有挑战性。基于超分子的方法，使用可自组装嵌段共聚物，可以制备具有极窄形貌分布的组装体。在这一方法的组装体形成过程中，嵌段共聚物中疏溶剂的片段首先成核结晶，随后形成的核进一步通过结晶驱动的自组装（CDSA）机理促进胶束的形成。操作过程中，可以加热促使BCP在溶液中溶解随后降温促进核的形成，或者直接将BCP在良溶剂中的浓溶液注射进入大量不良溶液中促进成核。然而，这种一步直接自组装过程由于其成核不受控制，因而形成的胶束之间往往大小和形貌等均不相同。为了克服这一问题，人们发现在制备胶束时可以将成核和胶束生长阶段分开。首先可以先制备大小和形貌分布不均的胶束，然后通过超声将胶束打碎成更小的胶束碎片，并以这些碎片为核，促进胶束生长，最后得到均一的胶束。这种方法得到的胶束大小和形貌等相对更加均一。但是这一过程在操作时非常麻烦，难以大量制备。为了简化CDSA过程同时不影响胶束的均一性，人们认为可以通过自组装过程的早期阶段快速形成晶核的方式使胶束的大小和形貌得到控制。在高分子化学领域人们已经知道，共聚物相比于嵌段共聚物具有更快的结晶速度。如果在嵌段共聚物中加入少量的共聚物，采用共自组装的方式，利用两者的结晶速度的差异，使共聚物首先快速结晶成核，并促进胶束的进一步成长，则可能实现对胶束大小和形貌的控制，使其更为均一。

　　基于此思想，加拿大多伦多大学的Mitchell A. Winnik教授团队使用少量二茂铁基硅烷共聚物和二茂铁基硅烷-烷基嵌段共聚物一步获得均一的一维胶束。该工作以题为"Uniform 1D Micelles and Patchy & Block Comicelles via Scalable, One-Step Crystallization-Driven Block Copolymer Self-Assembly"发表在《J. Am. Chem. Soc.》上。

　　文章亮点：

　　1. 通过在嵌段共聚物中掺杂共聚物，可以结合目前主流的两种一维胶束形成方法，即一步合成法以及分步合成法。同时集成了两种方法的优势，即在保证胶束大小和形貌均一的基础上，操作更为简便，可大量制备。该方法制备的一维胶束平均长度可根据不同条件控制在0.6到9.7微米之间；

　　2. 共聚物的使用量低，小于5 %，且不影响胶束性能；

　　3. 可以在极低浓度下形成一维胶束。浓度在1 mg/ml或更低时即可成核。同时其浓为84 mg/ml时可大量生产均一尺度的一维胶束。

　　图1. 共自组装方法合成均一一维胶束

　　作者简介：

　　Mitchell A. Winnik教授是加拿大皇家科学院院士、大分子自组装领域的著名学者，和Ian Manners教授一起开创了“结晶驱动自组装”“活性自组装”这一新的研究领域，推动自组装研究向可控和高级层次迈进。根据ISI索引，Winnik教授是化学领域的“Most Cited Author”；发表670余篇论文，包括Science、Nature Materials、Nature Chemistry、J. Amer. Chem. Soc.、Angew. Chem. Int. Ed.等国际知名权威期刊，被引次数超过20000次。

　　来源：高分子科学前沿

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发布时间：2021-04-21 04:56:01 来源：头条网