两亲性嵌段共聚物 ppt课件
两亲性嵌段共聚物的合成及自组装
20100601
两亲性嵌段共聚物的合成及自组装
摘要
两亲性嵌段共聚物在选择性溶剂中自组装可以形成具有疏水核．亲水壳的高 分子胶束，在药物缓释、分离、纳米材料和催化等方面具有潜在的应用前景，在 化学界对两亲性嵌段共聚物的研究正受到广泛的关注。本文通过开环聚合（ｒｉｎｇ ｏｐｅｎｉｎｇ ｐｏｌｙｍｅｒｉｚａｔｉｏｎ，ＲＯＰ），设计合成了两亲性星形和线形嵌段共聚物。探索 了目标产物在选择性溶剂水中的自组装胶束化行为和结构，并研究了结晶性嵌段 在自组装结构中的受限结晶现象。
高分子胶束的形成是两种力共同作用的结果，一种是导致胶束聚集的静电吸 引作用、氢键作用或金属络合作用等吸引力，另一种是防止胶束无限制增长成宏 观态的静电排斥作用、疏水作用或位阻作用等排斥力【２们。与小分子胶束如表面活 性剂胶束相比，聚合物胶束也是由亲水、疏水两部分组成，但其ＣＭＣ更低，由 于其链段可运动性小，其解缔合速率更小。
ＡＢ嵌段
巧奄
柚Ａ嵌段＾Ｂｃ嵌段
Ｖ人 ｐｉ”鼍”
刷形
翼形
＞～ 卜差
星形杂臂卿多
显形嵌段
ｏ ｊ
蝌蚪形
》∥．，蘑Ｑ≥絮》
哑铃形
双环
超支化
Ｆｉｇｕｒｅ １．１．Ｒｅｐｒｅｓｅｎｔａｔｉｏｎ ｏｆ ｓｏｍｅ ｔｉｐｉｅａｌ ｂｌｏｃｋ ｃｏｐｏｌｙｍｅｒｓ’ａｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒｅｓ．
基于本文的研究重点，下面主要介绍星形和二元嵌段共聚物的合成及其自组 装性能。
ＩＩ
ｃｏｒ慨ｄｂｙ ｔｈｅ ｐｒｅｖｉｏｕｓＩｙ ｓｅ蟮觞ｓｅｍｂｌｅｄ Ｓｔｍｃｔｕｒｅ ｔ０ Ｓ０ｍｅ ｅ）（ｔｅｎｔ ｉＩｌ ｗａｔｅｒ．
2.接枝、嵌段ppt课件
R M i 1 P k tr,p P '' R M i
P M i P k tr,p P '' P M i
R M i 1 M k tr,m M R M
40
再引发 链终止
P ''M k g i P '' M
R M i R M j k t R M i R M j或 R M i j
(2) 夺取大分子碳骨架上的氢,形成大分子自由基 接枝反应和均聚反应是一对竞争反应. 3. 根据聚合物结构,大分子自由基可相互偶合引发交联; 也可使分子链断裂发生降解反应,生成不饱和大分子链(PUn)
42
和新的大分子自由基(P`•);只有当单体分子进入大分子自由 基的反应半径时,接枝反应才能发生,同时生成大分子碳骨架 支链自由基.
HC2HC x
HC2
H C
y
活性阴离子聚合
R
HC R CH2-Li+
活 性 阴 离 子 聚 合
13
也可利用阴离子开环聚合
活性聚合 接枝物
将含有对甲基苯乙烯单元的乙烯共聚物转 化为侧基带有醇钠基团的聚乙烯，引发环氧乙 烷阴离子开环聚合，合成聚乙烯-聚氧化乙烯共 聚物。
14
利用自由基活性可控聚合
由于适用的极性单体较多，自由基活性可控聚合可
21
C H 2C H
R
O C C H 3 O
④ 扩散 热力学因素；动力学因素
C H 2C H
R H
O CC H 2 O
22
⑤ 聚合方法 通常沿用的各种聚合反应工艺，均可用来实施接枝反应。
悬浮；乳液；本体；溶液 引发方式：
热引发；光引发；过氧化物引发； 氧化-还原；辐射
刺激响应性两亲性嵌段共聚物胶束的制备及其对药物的负载和释放
刺激响应性两亲性嵌段共聚物胶束的制备及其对药物的负载和释放目录摘要........................................................................................................................... . (I)ABSTRACT ......................................................................................................... .................... III 第1章绪论 (1)1.1 两亲性嵌段共聚物的概述 (1)1.1.1 两亲性嵌段共聚物的结构与形貌 (1)1.1.2 两亲性嵌段共聚物常见的合成方法 (2)1.1.3 两亲性嵌段共聚物的自组装过程 (5)1.1.4 两亲性嵌段共聚物胶束的制备及其表征 (6)1.2 刺激响应性两亲性嵌段共聚物的研究进展 (7)1.2.1 温度响应性聚合物 (7)1.2.2 光响应性聚合物 (8)1.2.3 荧光聚合物 (9)1.2.4 电响应性聚合物 (10)1.2.5pH响应性聚合物 (11)1.2.6 氧化还原响应性聚合物 (12)1.2.7 离子强度响应性聚合物 (12)1.2.8 酶响应性聚合物 (13)1.2.9 葡萄糖响应性聚合物 (13)1.2.10 多重刺激响应性聚合物 (14)1.3 两亲性嵌段共聚物在药物控制释放领域的应用 (15)1.3.1 药物控释系统的概述 (15)1.3.2 两亲性嵌段共聚物胶束作为药物载体的研究 (15)1.4 研究课题的提出 (17)参考文献 (19)第2章含荧光基团的pH敏感共聚物PSMA-b-P(St-co-VK)的合成及其负载阿霉素体外药效的研究 (27)VII2.1 实验部分 (28)2.1.1 试剂和仪器 (28)2.1.2 两亲性嵌段共聚物PSMA-b-P(St-co-VK)的合成 (28)2.1.3 聚合物的表征 (29)2.1.4 聚合物胶束的制备及形貌表征 (29)2.1.5 聚合物临界胶束浓度的测定 (30)2.1.6 阿霉素的载入和体外释放 (30)2.1.7 MTT实验测定共聚物细胞毒性 (31)2.2 结果与讨论 (31)2.2.1 聚合物的相关表征 (31)2.2.2 聚合物临界胶束浓度测定结果 (34)2.2.3 聚合物胶束溶液的UV吸收光谱 (34)2.2.4 聚合物胶束的形貌与粒径及pH对其影响 (35)2.2.5 聚合物载药前后胶束的荧光光谱图 (38)2.2.6 聚合物胶束的阿霉素负载与释放性能研究 (39)2.2.7 细胞毒性研究 (40)2.3 本章小结 (42)参考文献 (43)第3章pH敏感两亲性嵌段共聚物P(IBA-co-AA)-b-PHPA的制备及其负载紫杉醇体外药效的研究 (45)3.1 实验部分 (46)3.1.1 试剂与仪器 (46)3.1.2 两亲性嵌段共聚物P(IBA-co-AA)-b-PHPA的合成 (46)3.1.3 聚合物的表征 (47)3.1.4 聚合物胶束的制备及形貌表征 (47)3.1.5聚合物临界胶束浓度的测定 (48)3.1.6 紫杉醇的载入和体外释放 (48)3.1.7 CCK-8实验测定共聚物细胞毒性 (49)3.2 结果与讨论 (50)VIII3.2.1 聚合物的相关表征 (50)3.2.2 聚合物临界胶束浓度测定结果 (52)3.2.3聚合物胶束的形貌与粒径及pH对其影响 (52)3.2.4聚合物胶束的紫杉醇负载与释放性能研究 (54)3.2.5 细胞毒性研究 (55)3.3 本章小结 (57)参考文献 (58)第4章新型偶氮功能化两亲性嵌段共聚物的合成及其光响应行为(61)4.1 实验部分 (61)4.1.1 试剂和仪器 (61)4.1.2 两亲性嵌段共聚物P(St-alt-Ma/azo-MaIM)-b-PMAPEG的合成 (62)4.1.3 聚合物的表征 (63)4.1.4 聚合物胶束的制备及形貌表征 (63)4.1.5 聚合物临界胶束浓度的测定 (64)4.1.6 聚合物胶束水溶液的光致异构化行为 (64)4.2 结果与讨论 (65)4.2.1 聚合物的相关表征 (65)4.2.2 聚合物溶液的UV吸收光谱 (67)4.2.3 聚合物临界胶束浓度测定结果 (68)4.2.4 聚合物胶束形貌与粒径的表征 (69)4.2.5 共聚物胶束的光致异构化行为研究 (70)4.3 本章小结 (74)参考文献 (75)第5章结论 (77)致谢 (79)攻读学位期间发表的学术论文及项目成果 (81)IX第1章绪论第1章绪论自1920年施陶丁格（H.staudinger）首次提出“高分子”这一概念以来，高分子科学便一直被作为技术发展与科学研究的重要学科而得到广泛关注。
嵌段共聚物
消耗M1 消耗M2
knm
自由基类型 单体类型
假定（2）
链增长反应不可逆
11
链终止（双基终止）
M1 + M1 M1 + M2 M2 + M2 kt k t' k t"
Mx
Mx' Mx "
此外，在整个反应过程中，还有链转移（向单体，溶 剂，引发剂，大分子链转移等等），比较复杂。
假定（3）共聚物的化学组成主要决定于各种增长反应，
即两种单体进入共聚物的摩尔数比
r1
竟聚率
表示某一种自由基分别与两种单体 反应的速率常数之比 也是每种单体自聚与共聚反应的速率 常数之比
k11 , k12 r2 k22 k21
18
r2
r1
M1
M1 M2
自聚 共聚
r1 ， r1 ，
自聚倾向 共聚倾向
r1
k11 k12
M2
M2
M1 M2 M2
引发反应的速率会影响共聚反应的速率 引发过程：R M1 (M2 )
两种单体的引发难易差别对共聚物组成有一定影响，但很小
引发阶段单体进入共聚物的数目 << 链增长阶段 单体进入共聚物数目 链引发阶段只会影响共聚反应的速率，不影响 共聚物的组成 链终止反应仅仅是终止链自由基的活性，与两种 单体进入大分子链中的数目无关，因此: 链终止反应也不影响共聚物的组成
7
二、 原料组成与共聚物组成的关系
共聚带来的新问题
-- 组成问题
组成对共聚物的性能有决定性的影响
以乙烯-醋酸乙烯共聚物（EVA）为例： VAc含量：
10 ~ 20%
50%
塑料（相当于改性PE）
6.嵌段共聚物
大量软嵌段 + 少量硬嵌段
两相嵌段共聚物
弹性嵌段共聚物 由一个软嵌段和一个短硬嵌段组成. 分析 (1)形态结构对弹性体嵌段共聚物力学性能的影响 ① A-B型形态结构 与无规共聚物弹性体比较,在力学性能上无显著改善 A-B型 化学交联或硫化 良好的性能
② A-B-A、 (A-B)n型形态结构
具有独特的性能(如SBS) 一类热塑性弹性体
具有交联橡胶的力学性能; 线性热塑聚合物的加工性能;
(a) 典型的无定形无规共聚物
似.
模量-温度关系
(1) 两相嵌段, 不相容,保持两
种均聚物固有性质,两个Tg.
(2) Tg间有模量平台,平坦程 度取决于相分离.分离程度 越大,越平;相分离越完善,模 量对温度敏感性越低.
(b)两相嵌段共聚物模量-温度关系
(3) 两Tg与两嵌段含量无关
(与无规共聚不一样),模量平 台的位置与两嵌段含量有关.
Pn R R R Pn R R R
(6) 歧化终止
Pn Rs Pm Rt Pn Rs Pm Rt
(7) 与溶剂,自由基接受体,氧等反应终止
基元反应的相对速率 影 响 反应物的化学性质; 反应条件; 举例:
影响产物
组成; 结构; 性能
CR或天然橡胶进行塑炼时,会产生大自由基而产生凝胶,将
两者一起混炼时,则会产生异种高分子凝胶. PE/PVA; PE/PS;LDPE/PS
Pm Pn Pm Pn Rs Rt Rs Rt
(2)再化合
Pm Pn Pm Pn Rs Rt Rs Rt
(3)交换化合
Pm Pn Rs Rs Pm Pn Rs Rs Pm Pn Rt Rt Pm Pn Rt Rt
(4) 大分子自由基诱发的链断裂
两亲性嵌段共聚物的胶束化及胶束的有规聚集
南开大学博士学位论文两亲性嵌段共聚物的胶束化及胶束的有规聚集姓名：***申请学位级别：博士专业：高分子化学与物理指导教师：***20041001第一章文献综述．１２．南开大学博士学位论文－１３第一章文献综述ｇｒｏｕｐ，ｗｈｅｒｅ晦ＨｉｓｔｈｅＦｉｇ．１．４１１１ｅＴＥＭ妇ａｇｅｓｏｆｍｉｃｅｌｌｅｓｐ他ｐａｒｅｄｂｙＥｉｓｅｎｂｅ唱’ｓｓｃｈｅｍ砒ｉｃｓｔｎｌｃｔｌｌ他ｏｆａｌａ’萨ｃ啪ｐｏｕｌｌｄｍｉｃｅ】】ｅｓｊｎＦｉｇ．Ｇ．．１４—南开大学博士学位论文Ｆ唔１。
５。
ＩｈｅＩＥＭｉ１ＴｌａｇｅｓｏｆｍｌｃｅｌｌｅｓｐｆｅｐａｒｅｄｂｙＬｉｕ’ｓｇｒｏｕｐ．１．３．３．３各形态之间的相互转变机理及动力学在自组装的两亲分子溶液中，一种形态通过什么样的路径、以何种方式到达另一种形态，这涉及到转变机理和动力学两方面的内容。
在小分子表面活性剂体系中，从平面层到封闭的囊泡的机理最受人们关注，弯曲的双层被认为是这一转变的中间体【１００。
１吲。
这种机理认为，囊泡是通过溶液体系中的圆盘状的双层弯曲而成的，其驱动力来源于自组装体系的热涨落。
该过程可以是可逆的，是平面的盘弯曲形成封闭的球体（囊泡），还是囊泡上的缺陷逐步发展进而形成平面双层，这取决于体系中盘的边角能和弯曲能【１００，１０”。
关于小分子表面活性剂体系的形态转变机理及其动力学方面已经有比较多的研究，这在Ｅｉｓｅｎｂｅｒｇ小组最近的两篇论文中‘１０３，１０４１己经有较为详细的论述。
相对而言，嵌段共聚物体系的形态转变机理及其伴随的动力学的研究非常少。
最近的实验结果‘１０３１表明，在Ｐｓ３１０．６一ＰＡＡ５２埘ｏｘａｎｅ／ｗａｔｅｒ体系中从囊泡到棒（Ｖｅｓｉｃｌｃ’Ｒｏｄ）的转变包括了两个步骤：首先是囊泡快速塌陷形成“蝴蝶结”（Ｂｏｗｔｉｅ）结构；然后是一个缓慢的重排过程，蝴蝶结开始形成哑铃形结构（ＤｕＩｎｂｂｅｌｌ），最后调整形成平滑的棒。
各个阶段所伴随的松弛时间，与体系的各种参数选择密切相关。
连续ATRP法合成两亲性聚苯乙烯-b-聚甲基丙烯酸嵌段共聚物
连续ATRP法合成两亲性聚苯乙烯-b-聚甲基丙烯酸嵌段共聚物1张丽芬，程振平，周年琛，朱健，朱秀林*苏州大学化学化工学院，江苏苏州 （215006）E-mail xlzhu@摘 要：本文采用连续原子转移自由基聚合（ATRP）法合成两亲性嵌段共聚物。
首先以α-溴异丁酸乙酯为引发剂，CuCl/N,N,N′,N″,N″-五甲基二乙烯基三胺（PMDETA）为催化体系，苯乙烯（St）为单体，制得了不同分子量且分布窄的聚苯乙烯（PS）；然后以PS为大分子引发剂，CuCl/PMDETA为催化体系，甲基丙烯酸甲酯（MMA）为单体，得到了不同分子量且分子量分布较窄的二嵌段共聚物PS-b-PMMA；把所得的嵌段共聚合物进行水解，酸化得到聚苯乙烯-b-聚甲基丙烯酸（PS-b-PMAA）两亲嵌段共聚物。
论文着重对以PS为大分子引发剂的MMA的ATRP的聚合动力学进行了研究，并采用GPC、1H NMR对聚合物进行了表征。
关键词：原子转移自由基聚合（ATRP）；甲基丙烯酸甲酯(MMA)； 苯乙烯（St）；嵌段共聚物；动力学中图分类号：0631.引言活性自由基聚合由于集活性聚合与自由基聚合的优点于一身，不但可得到分子量分布较窄、分子量可控， 结构明晰的聚合物，而且适用的单体面广，反应条件温和易控制，容易实现工业化生产。
所以，活性自由基聚合具有极高的应用价值，受到了高分子化学家们的高度重视，由此活性自由基聚合一直是高分子领域的热门研究课题。
以实现可逆链转移或链终止的方式的不同，活性自由基聚合可以分为稳定自由基聚合（SFRP）[1]、原子转移自由基聚合（ATRP）[2]、可逆加成－裂解链转移（RAFT）聚合[3]等。
其中ATRP是1995年[4,5]才发展起来的一种活性自由基聚合方法，由于该聚合方法涉及的原料一般价廉且都有工业化试剂供应，因此被认为是最有可能在活性自由基聚合体系中率先实现工业化的聚合技术，因此在学术界以及工业界都倍受关注，报道的文献超过3000篇。
嵌段共聚物--结构表征
聚电解质胶束-基因递送系统
聚电解质是指分子链上具有许多离解性基团的高分子， 当高分子电解质溶于介电常数很大的溶剂时，就发生离 解，生成高分子离子。
多肽，如PEG-b-PAsp， PEG-b-PLys
混合胶束：混合胶束是由两种或几种不同的嵌段共聚物构成的胶束。与传统
胶束相比，稳定性提高，药物装载能力也提高。
嵌段共聚物--结构表征
δ =27.43,对应于CC1C 和CC4C 碳链，表 明聚丁二烯段主要含顺-1,4结构,顺-
1,4结构的丁二烯单元相互连接。
δ =40.35,43.7，对应于SSS 结构，证 明聚苯乙烯链段的存在。 δ =25.21，对应于CS 结构，表明苯乙 烯单元与顺 -1, 4丁二烯单元连接。
胶束
packing parameter
嵌段共聚物—性质
微相分离：在本体状态下，嵌段共聚物分子链中不同嵌段由于热力学因素易 导致发生相分离，由于嵌段之间是以共价键连接的，故这种相分离只能发生
特 在微观的链尺度上，即形成微相分离(Microphase Separation) 性
链段不相容引起微相分离
Pluronic常用做增溶剂、乳化剂、基质、固体分散体载体、吸收促进剂、稳定 剂等，新的研究表明它具有MDR肿瘤的增敏作用。 主要作用：抑制Pgp药物溢出泵作用，（Cremophor EL，聚乙二醇辛基苯基醚 （Triton X-100）等具有类似作用）； 避免药物被酸性细胞质囊隔离而被挤出细胞； 抑制谷胱甘肽/谷胱甘肽转移酶解毒系统活性；
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提高 溶解度
合成方法
1. 活性阴离子聚合（LAP） 2. 活性阳离子聚合（LCP） 3. 基团转移聚合（GTP） 4. 活性可控自由基聚合（
NMP, ATRP, RAFT） 5. 聚合转化法 6. 偶联法 7. 特殊引发剂法Байду номын сангаас
实例
– PDLLA与PEG合成的两嵌段共聚物纳米微球可降低网 状内皮细胞的吞嗤，显著延缓微球在血液的循环时间
– 紫杉醇两亲性嵌段共聚物载药系统具有水溶性，对多 种肿瘤及癌症有一定疗效。
– Hoste和Giammona等人分别研究了聚谷氨酸和 聚天 冬氨酸材料的生物降解性和作为药物载体等的性质， 表明材料具有良好地生物相容性和降解性。
- 聚氨基酸/硫酸钙复合骨修复材料在动物体内不 会引起明显排异反应，并有新生骨长入材料内部 ，与宿主骨形成牢固的骨性愈合，具有良好地组 织相容性和生物活性。
两亲性嵌段共聚物 的研究进展
讲述人：高晓芳
原理
释放程序
药物存储器
控制要素
能源
目标所需 控制释放 药物浓度
生物膜
•高分子药物控释体系
Ø 扩散控释体系
ü 储藏型 ü 基质型
Ø 化学控释体系
ü 降解体系 ü 侧链体系
Ø 溶剂活化体系 Ø 磁性药物控释体系
两亲性嵌段共聚物
• 分类 – 天然两亲性化合物（藻类、磷脂、胆固醇、阿拉伯胶 、动物胶） – 合成两亲性化合物 u 亲水基团：PVA 、 PVP 、PEG、海藻酸、海藻酸 钠、明胶等； u 疏水基团：聚乳酸类
展望
• 通过不同合成方法不断开发新的具有特殊结构和功能的两 亲性嵌段共聚物，对现有的合成工艺和技术进行完善优化 。
• 深入研究不同类型两亲性嵌段共聚物胶束的形成机制，探 讨分子结构设计以及影响因素之间与自组装体结构之间的 关系；
• 重视两亲性嵌段共聚物功能材料的应用研究，拓宽其在医 学领域的应用范围。
• 性质
– 亲水段。溶于水，在水中构成胶束的外层，减少胶束 之间的缔合，保持胶束的稳定性。
– 疏水段。不溶于水，在范德华力的作用和氢键的作用 下，在水中构成胶束的固体芯核“微药库”。无论是 包合或键合，药物都能位于胶束的芯核内。疏水嵌段 的分子量决定芯核直径的大小。
不良 反应少
靶向性
功能
热力学稳定性高