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复旦大学丁建东教授课题组揭示热致水凝胶的结构及物理凝胶化机理

2018年8月  【新闻来源:复旦高材生】
 

部分两亲性嵌段共聚物的水溶液随温度升高呈现可逆的溶胶-凝胶转变。如果转变温度介于室温和体温之间,该类体系易于在室温或更低温度下与药物或细胞混合,并可以注射;一旦注射进入体内,该体系在体温刺激下原位物理凝胶化,自动包裹药物或细胞,该过程不依赖于化学反应。近年来的研究发现,由常见的亲水性的聚乙二醇(PEG)和疏水性的可降解脂肪族聚酯(PLGA等)这些适宜用于人体的聚合物所组成的嵌段共聚物在特定分子参数等条件下具备上述特性,为研发新型生物医用材料开辟了新的重要的途径。但该体系的凝胶结构与凝胶化机理尚不明晰。
复旦大学高分子科学系丁建东教授课题组利用计算机模拟与实验相结合的方法揭示了PEG/PLGA热致水凝胶的凝胶结构及其凝胶化机理,并提出了半秃胶束(semi-bald micelle)的概念。该组研究表明,低温溶胶状态时,嵌段共聚物自组装形成大量平头胶束(crew-cut micelle)。随着温度的升高,由于PEG的温度敏感性,导致了胶束晕的收缩。而在crew-cut micelle 中,胶束的核非常大,晕相对较薄,所以晕的收缩导致胶束核部分暴露于水中,从而形成一种新型胶束——semi-bald micelle。由于胶束核的疏水性,semi-bald micelle并不稳定,从而发生聚集以减少核暴露面积,最终形成了以疏水隧道为交联点的无穷大逾渗胶束网络结构,宏观表现为凝胶。
基于该模型,丁建东教授课题组提出了热致凝胶化体系的基本设计原则。










这一成果近期发表在高分子学科国际权威期刊Macromolecules上,论文的第一作者为博士生崔书铨。详见:Shuquan Cui, Lin Yu and Jiandong Ding*, Semi-bald Micelles and Corresponding Percolated Micelle Networks of Thermogels, Macromolecules, 51, 6405-6420 (2018).
本工作使用了瑞士光散射仪器公司的扩散波谱仪和三维激光光散射,下图为文中发表数据:

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