兩親性嵌段共聚物自組裝的耗散粒子動力學(xué)模擬.pdf

1、兩親性嵌段共聚物在稀溶液中可以自組裝成不同形態(tài)的膠束結(jié)構(gòu)，相比于小分子，由于在熱力學(xué)和動力學(xué)上更加穩(wěn)定，因此在藥物傳輸與釋放、微電子和先進材料等方面因此有相當(dāng)廣泛的應(yīng)用前景。在過去十年里，兩親性嵌段聚合物自組裝行為和組裝結(jié)構(gòu)一直是研究的焦點問題。本文采用耗散粒子動力學(xué)(DPD)方法，對兩親性三嵌段共聚物在稀溶液中自組裝行為和組裝結(jié)構(gòu)問題進行了模擬研究。
　　 首先，我們通過改變親水性嵌段和疏水性嵌段在稀溶液中的相互作用大小，對兩

2、親性三嵌段共聚物復(fù)雜膠束自發(fā)形成的機理進行研究。溶劑的選擇性被證實是決定共聚物聚集形態(tài)的核心因素。這些復(fù)雜結(jié)構(gòu)形態(tài)形成的不同途徑對于解釋研究中聚集體的形成原因非常有用。此發(fā)現(xiàn)也非常有意義，模擬中復(fù)雜膠束形成的潛在機制有助于我們揭示聚集體的真正形成原因，并理解兩親性嵌段共聚物的自組裝行為和其動力學(xué)。
　　 研究各種膠束形態(tài)之間的轉(zhuǎn)變及動態(tài)過程對人們在理論及實際上理解各種形態(tài)的形成，以及更好的認識生命現(xiàn)象也有重要價值，我們試圖研究在

3、稀溶液中各種膠束形態(tài)之間的轉(zhuǎn)變及動態(tài)過程。在相同的溶劑選擇性條件下，模擬的初始態(tài)結(jié)構(gòu)被證實對自組裝形態(tài)的形成起著不可忽略的作用。同時，模擬中復(fù)雜膠束之間互相轉(zhuǎn)變的潛在機制有助于我們理解兩親性嵌段共聚物的自組裝行為和其動力學(xué)。
　　 接下來，我們通過對柔性-剛性-柔性ABA-型兩親性三嵌段共聚物進行耗散粒子動力學(xué)模擬，觀察并研究了在溶劑選擇條件下的自組裝行為。嵌段剛性是通過在剛性嵌段的連續(xù)鍵間加入額外的鍵角勢來實現(xiàn)的。結(jié)果顯示，鍵

4、角勢的引入使自組裝相對于全柔性分子來講發(fā)生了巨大的改變。著重研究剛棒狀疏水嵌段在微結(jié)構(gòu)聚集體中的影響，以及兩親性嵌段共聚物在選擇性溶劑中的動力學(xué)性質(zhì)。我們觀察到環(huán)狀膠束形成過程中的一種截然不同的機理，而這種機理是在全柔性兩親性三嵌段體系中不可能出現(xiàn)的。在柔性-剛性-柔性分子形成的環(huán)形膠束中，疏水性嵌段采取一種完全伸展的構(gòu)象而全柔性分子形成的環(huán)形膠束中則是折疊鏈和伸展鏈共存。
　　 最后，我們研究了分子鏈剛性的變化對兩親性嵌段共聚

5、物在選擇性溶劑中自組裝形態(tài)的變化及其動力學(xué)行為，得到了許多有意義的結(jié)果。通過模擬我們發(fā)現(xiàn)，隨著疏水性嵌段剛性的增強，柔性-剛性-柔性兩親性三嵌段分子在相同溶劑選擇性條件下的自組裝路徑和組裝結(jié)果是由疏水性嵌段與溶劑之間的疏水相互作用能與鍵彎曲勢共同決定的。同時，我們在模擬中觀察到了不同分子剛性條件下柔性-剛性-柔性兩親性三嵌段共聚物環(huán)狀膠束形成的兩種不同的路徑。這些結(jié)果為人們深入理解含有剛性嵌段的兩親性分子在稀溶液中的自組裝及其形態(tài)轉(zhuǎn)變提