聚肽的液晶相行为及自组装性能研究

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由氨基酸及其衍生物通过聚合反应形成的聚肽具有独特的结构和性能,近年来在蛋白质结构模拟、分子链构象研究、生物医用材料等领域备受关注。本论文基于聚肽及其共聚物的液晶性能、自组装性能等独特的优点,制备了多种聚肽均聚物、聚肽.聚氧化乙烯共聚物以及树状聚肽共聚物。采用FTIR、<1>H NMR.等测试手段对聚合物结构进行了表征。研究了外加电场对聚肽均聚物形成的溶致液晶构象转变偶合液晶相一非液晶相转变过程的影响,对Flory格子理论进行改进后,通过理论计算预测了上述构象转变偶合液晶相一非液晶相转变过程。在此基础上,利用Flory格子理论对外加电场下刚性小分子。柔性高分子混合体系的相行为进行了模拟。通过荧光光谱、透射电镜(TEM)、激光光散射(LLS)、核磁共振(<1>H NMR)等手段对聚肽支化共聚物的自组装行为进行了研究,并重点探讨了有机酸含量的变化对聚肽共聚物在有机选择性溶剂中自组装过程的影响。 1.通过采用五元环酸酐法(NAC法)制备了PBLG均聚物、PBLG-b-PEO嵌段共聚物以及PPI-PBLG树状共聚物,讨论了影响聚肽及其共聚物合成的因素。在此基础上通过酯交换法制备了PBLG-g-PEO接枝共聚物和:PBLG-b-g-PEO嵌段接枝共聚物。通过FTIR、<1>H NMR、<13>C NMR等手段对聚合物的结构进行了表征,并应用粘度法、GPC、<1>H NMR测定了均聚物、嵌段共聚物的分子量、接枝共聚物的接枝率以及树状共聚物的分子量。 2.制备了PBLG溶致液晶溶液,通过<1>H NMR、<13>C NMR对PBLG液晶溶液构象转变进行了跟踪。在施加外电场后,研究了电场强度、有机酸及聚肽浓度等对PBLG液晶溶液液晶相.非液晶相相转变,特别是对分子链构象偶合相转变的影响,得到了外加电场存在下的实验相图。结果表明,施加外电场有利于液晶相的稳定,使高温区液晶相.非液晶相相转变温度升高,低温区液晶相.非液晶相相转变温度降低。对构象可变聚肽液晶施加外电场可以引起相分离区变窄,使相转变浓度移向低浓度区。如果溶液中含有有机变性酸,则外电场的存在使相转变向高酸度方向移动。在实验的基础上,以Folry格子理论为模型,对原有的外场作用下聚肽液晶相变理论进行了改进,考虑了聚肽构象转变引起的偶极矩的变化,调整了理论模型所用的外场自由能项,使其适合于电场这样的二极矩场。理论计算结果显示,施加外电场对液晶相及刚性螺旋构象具有稳定作用。从定性角度上,理论计算结果与实验结果比较吻合,理论较好地预测了外电场作用下构象可变聚肽液晶的相行为。 3.通过偏光显微镜研究了5CB/PMMA形成的PDLC在外电场作用下的相行为,得到了实验相图,以Flory格子理论为基础,通过引入电场对自由能的贡献,改进了Ballauff的理论,预测了刚性小分子.柔性高分子共混体系在外电场作用下的相行为。实验结果和理论相图均显示出,增加聚合物的分子量可以促进PDLC的相分离,使相转变温度升高。外加电场的施加使液晶分子取向排列,促进了PDLC的相分离,(Ip+N)-(I)相边界随电场强度的增加向高温方向移动。理论模型能很好地定量模拟实验体系中的相行为。 4.通过透析法制备了PBLG-g-PEO接枝共聚物胶束。通过荧光光谱法、<1>H NMR、TEM和DLS等测试方法,研究了PBLG-g-PEO接枝共聚物在水介质中的自组装行为。通过透射电镜以及动态、静态光散射,对PBLG-b-g-PEO嵌段接枝共聚物、PPI-PBLG树状共聚物在有机选择性溶剂中的自组装过程进行了研究。结果发现,PBLG-g-PEO接枝共聚物在水中可以形成以疏水链段。PBLG为内核、亲水性PEO为外壳的胶束,其临界胶束浓度随着亲水链段PEO含量的增加而增加。在PBLG链段分子量较大的情况下,PEO接枝率的增加对胶束形态的影响有限。PBLG-b-g-PEO嵌段接枝共聚物在有机选择性溶剂中形成的胶束尺寸随体系中有机酸含量的增加而增加。有机酸的存在会改变PBLG链段的刚柔性,并影响接枝在PBLG侧链上的PEO链段在胶束外层中的分布。PPI-PBLG树状大分子在有机选择性溶剂中的自组装过程较复杂。在所有研究的条件下,随体系中有机酸含量的增加,聚集体的尺寸相应增加,结构较疏松,并会形成多层次的聚集体结构。PBLG链段长度的增加也会增加聚集体的尺寸。选择性溶剂的性质会影响体系中的氢键相互作用,进而影响到聚集体的形貌。相同条件下,在1,4-二氧六环形成的聚集体尺寸远小于在甲苯中形成的聚集体,且形貌独特,随酸含量不同,存在实心球、短棒、空心球及针状等形态。而以乙醇为选择性溶剂得到的聚集体尺寸最大。
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