两亲性超支化多臂共聚物的分子自组装及其在生物膜仿生研究中的应用

摘要

分子自组装是近年来快速发展的一个热点研究领域，由于其在生命科学，材料科学，纳米科学以及药物工程等学科中的重要作用，已经吸引了越来越多的关注。经过几十年的发展，分子自组装研究已经取得了大量成果，概括起来主要有以下四个方面：认清了分子自组装的概念，获得了大量分子自组装体，逐步掌握了控制组装体形貌及形貌转变的方法，探索性研究了分子自组装的应用。人们已经能够控制分子自组装得到一定复杂程度的结构体。尽管如此当前的分子自组装研究实际上还是处于初创时期，远远没达到成熟的境界，还存在很多局限性。 本论文紧紧抓住当前分子自组装研究的新动向，以该研究领域存在的问题为切入点，合成并系统研究了一类ill-defined两亲性超支化多臂嵌段共聚物的分子自组装行为，并取得了一些具有原创性的成果和结论。一、成功的从ill-defined分子自组装得到了具有规则形貌和结构的分子自组装体，展示了ill-defined分子特别是超支化聚合物在自组装研究中的潜力，并提出了ill-defined超支化共聚物在选择性溶剂中自组装时的微相分离模型，有望为超支化聚合物的发展提供了一个新的学术生长点；二、在实验室里自组装得到了具有宏观尺寸的多壁螺旋管，并直接提出了宏观分子自组装的概念，将分子自组装研究领域拓展到了宏观尺度；三、报道了一类全新的聚合物囊泡，称为Branched-Polymersomes(支化大分子聚集体)，扩展了囊泡自组装研究的内容；四、自组装得到了一种三维的类似血管结构的微米网络管，并提出了相应的自组装机理，提高了分子自组装研究的复杂程度；五、观察到了具有温敏特性的巨型聚合物囊泡，并从形貌转变和分子水平两个层面阐述了温度响应型聚合物囊泡的相转变机理(LowerCriticalSolutionTemperature，低临界溶液温度，简称LCST)；六、将自组装得到的聚合物囊泡作为生物膜的“模型薄膜”，在形态上对生物膜的一些变形过程进行了模拟，例如细胞膜的融合、分裂、血管的形成等，同时对生物膜的离子通道功能进行了仿生研究，得到了一些可能对生物膜自组装的物理和化学机制提供启示的有用信息，将模型薄膜研究拓展到了聚合物领域，并提出了“仿生自组装”这个概念，从而为分子自组装和生物学的结合和交叉提供了新的研究思路。

目录

文摘

英文文摘

上海交通大学学位论文原创性声明和版权使用授权书

第一章绪论

1.1嵌段共聚物的合成策略

1.2线性嵌段共聚物的自组装

1.3支化嵌段共聚物的自组装

1.4课题的提出

1.5本论文的主要内容

参考文献

第二章两亲性超支化多臂共聚物HBPO-star-PEO的合成

第三章宏观分子自组装

3.1引言

3.2实验部分

3.3结果与讨论

3.3.1宏观自组装管的形貌

3.3.2宏观自组装管的性能

3.3.3分子结构表征

3.3.4宏观自组装机理

3.3.5宏观分子自组装工作的小结

3.3.6宏观管子的化学交联

3.4结论

参考文献

第四章介观分子自组装——基于不规整分子的新型聚合囊泡的自组装研究

第五章温敏性聚合物囊泡的表征及其在模型药物释放中的初步研究

5.1引言

5.2实验部分

5.3结果与讨论

5.3.1 BP囊泡溶液升温时的相转变

5.3.2 BP囊泡的LCST表征

5.3.3 CAC的温度依赖性

5.3.4 BP囊泡溶液的温敏机理

5.3.5 BP囊泡在药物灌封和释放中的应用

5.4结论

参考文献

第六章细胞模拟自组装——巨型聚合物囊泡的实时分裂

6.1引言

6.2实验部分

6.3结果与讨论

6.4结论

参考文献

第七章细胞模拟自组装——巨型聚合物囊泡的实时融合

7.1引言

7.2实验部分

7.3结果与讨论

7.3.1 HB1囊泡的实时融合过程

7.3.2融合过程中囊泡灌封物相互混合的证据

7.3.3融合过程中囊泡的形变特征

7.3.4囊泡融合的频率

7.3.5融合时囊泡尺寸的变化

7.3.6囊泡融合的机理

7.3.7囊泡融合工作的小结

7.3.8网络管的分子自组装

7.4结论

参考文献

第八章离子通道的仿生研究——巨型聚合物囊泡的离子跨膜传递

8.1引言

8.2实验部分

8.3结果与讨论

8.3.1 BP囊泡对离子的吸收过程

8.3.2 BP囊泡对钙离子的吸收

8.3.3 BP囊泡对Fe3+离子的吸收

8.3.4 BP囊泡吸收阳离子的机理探讨

8.4结论

参考文献

第九章全文总结

Publications and the manuscripts in preparation

致谢