结晶驱动自组装 (CDSA) 显示了制造窄长度分布的圆柱形纳米结构的独特能力。演示了β-卡罗酮的有机环开聚合以及甲基丙烯酸酯和N、N-二甲基丙烯酰胺的后续链延伸。概述了一种可生产长度达 500 nm 的单分散圆柱体的活 CDSA 协议。
单分散圆柱形云母的生产是聚合物化学中的一大挑战。大多数由二块共聚物形成的圆柱形结构是由三种技术之一产生的:薄膜补液、溶剂切换或聚合诱导自组装,只生产柔性多分散圆柱体。结晶驱动自组装 (CDSA) 是一种方法,通过稳定低曲率结构,从而产生具有这些特性的圆柱体。然而,大多数核心形成块形成的活聚合技术不是微不足道的过程,CDSA过程如果执行不当,可能会产生不令人满意的结果。这里显示了从简单试剂中合成的圆柱形纳米粒子。介绍了在用磷酸二苯催化的β-卡洛尔酮的环开聚合之前试剂的干燥和纯化。然后,该聚合物通过甲基丙烯酸酯 (MMA) 延伸链,然后使用可逆添加-碎片链转移 (RAFT) 聚合,然后使用 N、N-二甲基丙烯酰胺 (DMA) 进行聚合,从而提供可进行 CDSA 的三块共聚物。乙醇。概述了活CDSA工艺,其结果产生长度达500nm的圆柱形纳米粒子,长度分散度低至1.05。预计这些协议将允许其他人在未来生产圆柱形纳米结构并提升CDSA领域。
一维(1D)纳米结构,如圆柱体、纤维和管材,在各个领域越来越受到关注。其中,它们在聚合物科学中的受欢迎程度归功于其丰富的各种特性。例如,耿等人证明,与球形模型相比,微体细胞在啮齿类模型的血液中停留时间增加了十倍,Won等人发现聚丁二烯-b-聚类(环氧)纤维分散体显示,在风变测量1、2期间,当核心交联时,存储模量增加两个数量级。有趣的是,许多这些系统是通过块共聚物的自组装合成的,无论是通过更传统的溶剂转换和薄膜补液3方法,还是更先进的方法,如聚合诱导自组装和结晶驱动自组装(CDSA)4,5。每种技术都有其自身的优点,但是,只有 CDSA 才能产生具有均匀且可控长度分布的刚性颗粒。
Gilroy等人的开创性工作在六烷中形成了长多铁硅烷-b-聚二甲基硅氧烷(PFS-PDMS)气缸,使用温和的声波时,具有低轮廓长度分散度的极短圆柱体(Ln)。在普通溶剂中加入预定质量的二聚基共聚链后,合成了不同长度、Ln低至1.03的圆柱体。Manners小组的进一步工作强调了PFS系统的高度控制,该系统可用于形成极其复杂和等级的结构:块状协式云母、围巾形和哑铃云母,仅举几例。8.在这些演示之后,研究人员调查了CDSA的其他功能性系统,包括:半结晶商品聚合物(聚乙烯、聚丙酮、聚乳酸)9、10 ,11,12,13 和导电聚合物 (聚(3-六基硫磷), 聚苯乙烯) 14,15。配备这种可快速、高效地组装的二聚物共聚系统工具箱,研究人员近年来进行了更多的应用驱动型研究。 Jin等人在数百纳米的聚硫芬块共聚物中证明了兴奋扩散长度,我们小组展示了含有圆柱形结构的聚物(β-caprolactone)(PCL)的凝胶的形成。 17.
虽然这是一个强大的技术,CDSA确实有其局限性。块共聚物必须具有半结晶成分,以及低分散值和高端组保真度;低阶块污染物可能导致颗粒聚集或诱发形态变化18、19。由于这些限制,使用活聚合。然而,要获得具有上述特性的聚合物,需要大量的试剂净化、干燥程序和无水/无氧环境。已经尝试设计克服这一点的系统。例如,PFS块共聚物已经形成使用点击化学耦合聚合物链一起20。虽然生成的圆柱形纳米粒子具有示范性,但块共聚物通常通过准备尺寸排除色谱进行纯化,PFS的合成仍需要使用活的电子化聚合。我们小组最近实现了PCL的活CDSA,其成功围绕着使用活有机碱催化环开聚合(ROP)和可逆添加-碎片链转移(RAFT)聚合10。虽然这种方法更简单,但仍需要活的聚合。
随着该领域正朝着更多应用驱动的研究方向发展,并且由于与活聚合相关的问题,人们认为聚合物合成和自组装协议的大纲将有利于未来的科学工作。因此,在本手稿中,概述了PCL-b-PMMA-b-PDMA共聚物的完整合成和自组装。干燥技术将在β-caprolactone的有机化ROP的上下文中突出显示,并概述MMA和DMA随后的RAFT聚合。最后,将提出乙醇中这种聚合物的活CDSA方案,并批评由于实验技术落后而出现特征数据中的常见错误。
三块共聚PCL 50-PMMA10-PDMA200的合成和活CDSA已经概述。尽管需要严格的条件,但 β-caprolactone 的环开聚合为聚合物提供了优异的特性,使 MMA 和 DMA 的链延伸得以成功。这些聚合物在自播种中取得了成功,获得了圆柱形云母的纯相,这些圆柱形云母被声波化成LN 98nm的种子颗粒中。通过简单添加单体,以受控方式生产平均长度可达 495 nm 的气缸。在这种情况下,在二块共聚?…
The authors have nothing to disclose.
没有确认。
2,2'-azobisisobutyrnitrile | Sigma Aldrich | ||
250 mL ampoule | |||
250 mL two neck RBF | |||
Ampoule (25 mL) | |||
B19 tap | |||
B24 stopper | |||
Basic Alumina | Fluka | ||
Buchner Flask | |||
Buchner Funnel | |||
Caclium Hydride | |||
Cannulae | |||
caprolactone | Arcos Organics | ||
Chain Transfer Agent | Made in House | ||
Conical Flask (multiple sizes) | |||
Dessicator | |||
Diethyl Ether | Merck | ||
Dioxane | Fisher | ||
diphenylphosphate | Sigma Aldrich | ||
Distillation Condenser | |||
Ethanol | Fisher | ||
Filter Paper (multiple sizes) | |||
Gel Permeation Chrmoatography Instrument | Agilent Technologies Infinity 1260 II | Running DMF at 50 °C | |
Glovebox | Mbraun, Unilab | ||
Hotplate | IKA, RCT basic | ||
Mercury Thermometer | |||
Methyl Methacrylate | Sigma Aldrich | ||
Molecular seives | Fisher | MS/1030/53 | |
N,N-dimethyl acrylamide | Sigma Aldrich | ||
NMR spectrometer | Bruker 400 MHz | ||
Phosphorus pentoxide | Sigma Aldrich | ||
RBF (multiple sizes) | |||
Schlenk Cap (B24) | |||
Schlenk Flask (250 mL) | |||
Schlenk Line | |||
Sonication Probe | Bandelin Sonoplus | ||
Suba Seal (multiple sizes) | |||
TEM grids | EmResolutions, Formvar/carbon film 300 mesh copper | ||
THF | Merck | ||
three neck adaptor | |||
Toluene | Fisher | ||
Transmission Electron Microscope | Jeol 2100 |