籠空狀聚合物微球的製備與表面可控修飾功能化

《籠空狀聚合物微球的製備與表面可控修飾功能化》是依託中國科學技術大學，由汪謨貞擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：籠空狀聚合物微球的製備與表面可控修飾功能化
• 項目類別：青年科學基金項目
• 項目負責人：汪謨貞
• 依託單位：中國科學技術大學

中文摘要

中空/多孔/籠空聚合物微球由於其特殊的結構形貌及在催化劑載體、吸附與分離、控制釋放等方面的良好套用前景，引起國內外研究人員的廣泛關注。然而，要進一步拓展籠空微球的套用，關鍵在於微球表面的可控修飾與功能化，以便賦予其新的功能(如選擇性吸附分離等)和有效調控介質分散性、生物相容性和環境刺激回響性等。本申請項目擬通過結合可控自由基聚合(RAFT)技術和Pickering乳液中輻射聚合技術，合成內/外表面富集RAFT基團的籠空狀聚合物微球，使其表面具有聚合反應活性。進而再通過RAFT基團引發功能性單體聚合，製備表面含有pH敏感性、溫度回響性和對特定金屬離子選擇性吸附的聚合物刷的特殊功能性微球，並進行金屬離子選擇性吸附的套用研究。本項目的研究成果將豐富乳液體系的輻射RAFT聚合理論，為籠空狀聚合物微球的表面可控修飾和功能化提供新的途徑，在催化劑、吸附/分離載體和生物醫學等領域具有極其誘人的套用前景。

結題摘要

多孔聚合物微球在催化劑載體、吸附分離和控制釋放領域有廣泛的套用，因而開發新型成孔技術和微球功能化修飾方法成為聚合物微球合成研究的前沿和熱點之一。本項目的研究從輻射高分子乳液聚合原理出發，結合多相體系中高分子溶脹理論和輻射RAFT聚合技術，首次在水乳液體系中,實現了高比表面積的回響性籠空狀磺化聚苯乙烯基（SPS）聚合物微球從微球合成到表面可控功能化修飾的連續化製備過程，對籠空狀結構的成孔機制進行了深入的探討。並進一步對所合成的功能化籠空狀聚合物微球對納米粒子的原位負載，以及對有機小分子的吸附和可控釋放進行了研究。經過三年的探索，本項目的研究已取得了以下重要進展：（1）提出並證實了SPS種子微球乳液中，同時存在單體或溶劑對SPS微球的溶脹-溶解，以及水在滲透壓的驅動下向SPS微球內部擴散並進行相分離的動態過程，最終在整個聚合物微球中形成籠空狀多孔結構。基於此致孔機理，確定了籠空狀聚合物微球及孔徑尺寸的調控因素；成功的合成出新穎的海葵型和雪人型SPS/SiO2多孔複合微球。（2）在上述致孔機理指導下，將三硫代酯RAFT試劑在籠空狀聚合物微球形成的同時引入到微球界面，在γ-射線輻照下，繼續引發功能性單體（丙烯酸（AA）、異丙基丙烯醯胺（NIPAM））在微球表面的活性接枝聚合，製備pH 和溫度回響性高分子刷修飾的籠空狀聚合物微球，並揭示了乳液體系中輻射引發與傳統自由基引發劑引發RAFT聚合在聚合動力學和聚合物分子量方面的異同。（3）實現了Au和CdS納米粒子在籠空狀聚合物微球上原位有效負載。複合微球分別表現出兩種納米粒子原有的優異催化和螢光性能。而表面修飾PAA和PNIPAM的籠空狀聚合物微球則對羅丹明分子顯現出良好的吸附性能，以及pH或溫度回響性控制釋放。 以上研究成果及相關工作已在重要學術期刊Langmuir、J. Mater. Chem.等以及其他SCI或CSCD檢索期刊上發表論文共26篇。還有數篇論文正在向高水平學術期刊投稿過程中。因此，本項目已達到預期的研究目標，其研究成果為籠狀聚合物微球的合成和可控修飾提供了新的途徑，拓展了高分子多孔微球的合成原理和功能化方法，對多孔聚合物微球在催化劑、吸附/分離載體和生物醫學領域的套用起到了重要促進作用。