复杂两亲嵌段共聚物自组装成囊泡及其动力学演化的计算机模拟研究

发布时间：2020-03-31 04:39

【摘要】：复杂两亲性嵌段共聚物在稀溶液中可以自组装形成丰富多彩的结构,如棒状胶束、环状胶束、饼状胶束、多隔断胶束、单层囊泡、多层囊泡、两面神囊泡等。这些结构已经广泛的应用于药物传输与释放、微电子及制备尺寸可控的纳米材料等方面。在本论文中,采用耗散粒子动力学方法(Dissipative Particle Dynamic,DPD),探索复杂体系的两亲性嵌段共聚物在稀溶液中的自组装结构及其动力学行为,明晰囊泡的形成机理及其动力学演化规律,其主要内容和结论如下:1、利用DPD方法研究了梳型嵌段共聚物(A6(B2)3)自发形成的洋葱状囊泡的形成和融合过程。结果表明,梳型嵌段共聚物(A6(B2)3)是形成洋葱状囊泡的理想候选物。洋葱状囊泡融合过程可分为外膜融合和内膜融合两部分,其具有相似的融合动力学机制,这个机制和单一体系的线型嵌段共聚物所形成囊泡的融合机理是一致的。此外,研究了在稀溶液中含有两亲性线型嵌段共聚物(A6B6)和梳型嵌段共聚物(A6(B2)3)的混合体系。通过系统地改变线型嵌段共聚物的含量和疏水嵌段的键角势构造了一个热力学稳定相区,观察到了不规则囊泡、管状囊泡、球状囊泡、棒状胶束和环状胶束的形成过程。尽管如此,这种混合体系形成的囊泡在融合动力学上和单一体系所形成的囊泡并无不同之处。其主要原因是两种分子结构具有相同的疏水链和不同的亲水链。2、利用DPD方法研究了梳型嵌段共聚物接枝纳米粒子(PA2n(B)2n)在不同选择性溶液中的自组装,通过系统地改变纳米粒子和主链、侧链、溶剂粒子的相互作用力,构造了三个热力学稳定相区,观察到了片状胶束、球状胶束、椭球状胶束、柱状胶束、片状多隔断胶束、规则的洋葱状胶束、不规则的洋葱状胶束、不规则的棒状多隔断胶束、规则的棒状多隔断胶束以及囊泡等多种结构,同时探索了几种特殊结构的动力学形成过程。实验发现,粒子间相互作用力是影响组装体形貌和组装体中纳米粒子分布的主要原因。3、利用DPD方法研究了由梳型嵌段共聚物接枝纳米粒子(PA2n(B)2n)形成的囊泡的形成,融合和分裂机制。模拟结果表明,梳型嵌段共聚物接枝纳米粒子能自组装成稳定的囊泡结构,它可以作为药物包封和药物控释载体的候选物。实验发现这种类型囊泡的自发融合机理不同于梳型嵌段共聚物形成的囊泡,而分裂机理是相似的。并且囊泡的尺寸对融合机理没有影响,但对分裂机理影响较大,在囊泡尺寸差距较大时,较小的分裂膜以胶束形式从母体脱落。此外,分裂速度对分裂机理也有较大影响。总体来看,囊泡融合和分裂中总是经历着纳米粒子聚集的过程,而较大的刚性纳米粒子必然会引起囊泡表面张力的变化,这是影响膜动力学的关键因素。4、利用粗粒化方法构建三种树枝状大分子模型(RH、RF、RHF),用DPD方法模拟RH、RF、RHF在稀溶液中混合自组装形成不同形态囊泡的动力学机制。在混合体系中RH、RF含量为1:1,通过改变RHF的含量,得到了三种不同结构的囊泡,分别为两面神囊泡,分层囊泡和均匀囊泡。探索这三种结构囊泡的自组装机理,发现RHF的含量不同造成了RH和RF在溶液中的连接方式不同,从而形成了不同结构的膜,最后膜弯曲形成不同结构的囊泡。另外实验表明,树枝状大分子疏水链链长直接决定囊泡的壁厚,但链太短只能形成小球状胶束,链太长则形成长棒状胶束,而无法形成囊泡结构。
【图文】：

图１－３逦（ａ）梳型嵌段共聚物Ａ６（Ｂ２）３自组装成洋葱状囊泡的动力学演化过程；（ｂ），（ｃ），（ｄ），（ｅ）逡逑代表两亲梳型嵌段共聚物在不同条件下的自组装形貌逡逑Ｆｉｇ．邋１－３邋（ａ）Ｔｈｅ邋ｋｉｎｅｔｉｃ邋ｅｖｏｌｕｔ?

嵌段共聚物,自组装,星型,胶束

ＨＢＰＯ末端的羟基进行改性，，得到了邋ｐＨ响应性嵌段，当溶液的ｐＨ值从高到低变化时，胶束逡逑尺寸将不断增加。最后，将ＨＢＰＯ末端的羟基进行改性，得到了温度响应性嵌段，实验通过改逡逑变温度来制备６０纳米至１００纳米的胶束（如图１－５邋（ａ））。吕中元课题组［２３’２７１研宄了树枝状嵌逡逑段共聚物形成正向和反向囊泡的动力学机制，以及树枝状嵌段共聚物在囊泡中的微观相分离现象。逡逑实验发现，树枝状嵌段共聚物形成囊泡的动力学过程和线型嵌段共聚物形成囊泡的过程略有不同，逡逑树枝状共聚物在形成囊泡的过程中没有经过小胶束组装成棒状胶束这一状态
【学位授予单位】：宁夏大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：O631.1

【参考文献】