如何通過調(diào)節(jié)結(jié)構(gòu)參數(shù)來獲得所需的殼-核梳狀鏈的自組裝結(jié)構(gòu)

0 1引言

梳狀嵌段聚合物通過對分子參數(shù)的精確調(diào)控，可以潛在地用于創(chuàng)建定義明確的納米顆粒，其具有不同的應(yīng)用前景，特別是在藥物傳遞方面具有許多優(yōu)勢。其中殼-核梳狀鏈?zhǔn)且环N具有二嵌段側(cè)鏈的兩親性梳狀嵌段共聚物，可作為具有良好穩(wěn)定性或組裝成可降解有機(jī)納米管能力的載體。殼-核梳狀鏈的結(jié)構(gòu)參數(shù)對結(jié)構(gòu)或性能的影響成為人們關(guān)注的焦點之一。然而，殼-核梳狀鏈的自組裝構(gòu)象與結(jié)構(gòu)參數(shù)之間的明確關(guān)系仍然缺失，特別是接枝密度和側(cè)鏈親疏水段的比例如何影響其結(jié)構(gòu)特征。

0 2成果簡介

基于布朗動力學(xué)(BD)和自洽場理論(TOPS)的模擬結(jié)果，證明了殼-核梳狀鏈的結(jié)構(gòu)參數(shù)對其最終的自組裝構(gòu)象有決定性的影響。研究表明當(dāng)親疏水段比例為Ng,g: Ng,r= 3 : 1時，未觀察到殼-核結(jié)構(gòu)，未分離的鏈或簇被取代。當(dāng)Ng,g: Ng,r = 3 : 2或3 : 3時，殼-核梳狀鏈可以組裝成單個膠束或由主鏈串成若干個小膠束的結(jié)構(gòu)，類似于聚電解質(zhì)在劣溶劑中形成的珍珠項鏈結(jié)構(gòu)。其結(jié)果表明，隨著主干長度或接枝密度的增加，形成單個膠束的概率降低，但兩個、三個或更多小膠束串在一起的結(jié)構(gòu)更加明顯。作者的研究結(jié)果說明了如何通過調(diào)控結(jié)構(gòu)參數(shù)來獲得所需的殼-核梳狀鏈的自組裝結(jié)構(gòu)，為各種應(yīng)用中的分子設(shè)計優(yōu)化提供了思路。

0 3圖文導(dǎo)讀

圖1：(a) 殼-核梳狀鏈?zhǔn)疽鈭D，長度為Nb的親水主干(綠色)由長度為Ng,g的親水段(橄欖綠)和長度為Ng,r的疏水段(紅色)組成的多條側(cè)鏈接枝。(b) 為(a)的自組裝構(gòu)象的模擬快照，其中觀察到單個膠束和兩個串膠束。(c) 自由能(F)作為SCFT計算的接枝數(shù)(Nbσs)的函數(shù)，圖中為疏水段的二維密度。

圖2: Nb= 80，σs= 1.0的殼-核梳狀鏈的回轉(zhuǎn)半徑(Rg)隨模擬時間(t)的函數(shù)，其中Ng,g / Ng,r分別為3:1,3:2和3:3(從上到下)。插圖為自組裝構(gòu)象的代表性模擬快照和不同模擬階段的回轉(zhuǎn)半徑的三個特征值(≥≥)。

圖3:對于Ng,g:Ng,r = 3: 1的殼-核梳狀鏈，包括兩個具有代表性的模擬快照，其回轉(zhuǎn)半徑(Rg)是拉伸因子(σs(Ng,r+ Ng,g))的函數(shù)。

圖4:回轉(zhuǎn)半徑(Rg)與拉伸因子(σs(Ng,r+ Ng,g)的函數(shù)關(guān)系(σs(Ng,r+ Ng,g)分別為Ng,g: Ng,r = 3:2和3:3，其中不包括兩個或多個小膠束串在一起的值。

0 4小結(jié)

本文結(jié)合布朗動力學(xué)模擬和自洽場理論計算，給出了殼-核梳狀鏈的自組裝構(gòu)象，證明了結(jié)構(gòu)參數(shù)對其最終結(jié)構(gòu)有決定性影響。當(dāng)Ng,g: Ng,r= 3:1時，未觀察到殼-核結(jié)構(gòu)，由拉伸因子取代了類自由鏈或簇，但Nb= 20時不能形成簇。

當(dāng)Ng,g: Ng,r= 3: 2或3 : 3時，殼-核梳狀鏈可組裝成單一膠束或由主鏈串成若干小膠束的結(jié)構(gòu)，類似于劣溶劑條件下聚電解質(zhì)形成的珍珠項鏈結(jié)構(gòu)。我們的結(jié)果表明，隨著主干長度或接枝密度的增加，形成單個膠束的概率降低，但兩個、三個或更多小膠束串在一起的結(jié)構(gòu)更加明顯。與二嵌段共聚物在溶液中形成的球形或圓柱形膠束相比，主鏈的存在對自組裝結(jié)構(gòu)有顯著影響。此外，我們發(fā)現(xiàn)單個膠團(tuán)的旋轉(zhuǎn)半徑隨拉伸因子的增加呈線性增加，且與Ng,g: Ng,r的值無關(guān)。

我們的結(jié)果說明了如何通過調(diào)節(jié)結(jié)構(gòu)參數(shù)來獲得所需的殼-核梳狀鏈的自組裝結(jié)構(gòu)，這為各種應(yīng)用中的分子設(shè)計優(yōu)化提供了見解，如藥物載體，定義良好的納米結(jié)構(gòu)模板。此外，我們希望這項研究能引發(fā)人們對幾個小膠束通過主干串在一起的結(jié)構(gòu)的進(jìn)一步關(guān)注，特別是在藥物載體領(lǐng)域。