Construction of Aqueous Polymeric Microphase Separation Two Phase Systems

水性聚合物微相分离两相体系的构建

基本信息

批准号：
22H02147
负责人：
檜垣勇次
金额：
$ 11.23万
依托单位：
Oita University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
财政年份：
2022
资助国家：
日本
起止时间：
2022-04-01 至 2026-03-31
项目状态：
未结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-22H02147/
关键词：
水溶性高分子ブロック共重合体ミクロ相分離水

项目摘要

細胞内液滴が関与する生命現象・疾患の包括的理解を志向した研究の潮流から、水性環境における親水性高分子の相分離現象への関心が高まっている。本研究は、両親水性ブロック共重合体が形成するメゾスコピックな秩序構造の構造転移や崩壊、選択的分子分配の理解と普遍的発現機構の解明による、水性ミクロ相分離二相系分子システムの構築を目的としている。水溶液中で特異的に相互作用して凝集する分子機構を備えた新規双性イオン型両親水性ブロック共重合体群を設計し、合成した。希薄水溶液で形成される粒子の流体力学的半径を動的光散乱（DLS）測定、濃厚水溶液で形成されるミクロ相分離構造を小角X線散乱（SAXS）測定で解析した。SAXS実験は九州シンクロトロン光研究センターのビームラインBL11を利用した。異種双性イオン高分子で構成される両双性イオンブロック共重合体水溶液のミクロ相分離について、共重合対組成と濃度に対する相図を示した。構成分子鎖の重合度に大きく依存し、閾濃度で水の選択分配特性が変化する、両双性イオンブロック共重合体のユニークな相分離挙動を明らかにした。繰り返し単位にカルボキシベタイン基を含むポリカルボキシベタインが、水、エタノールに対して可溶、水／エタノール混合溶液に対して不溶となる共貧溶媒効果を示すことを発見した。統計力学モデルに基づいてシミュレーションし、水、エタノールとの競争的水素結合と協同性水和に起因する共貧溶媒効果の双性イオン特異性を提案した。さらに、共貧溶媒効果によってミクロ相分離が誘起されるミクロ相分離二相系の構築に成功した。

由于旨在全面了解涉及细胞内液滴的生物现象和疾病的研究趋势，人们对水环境中亲水聚合物的相分离现象的兴趣日益增加。本研究旨在通过了解亲水性嵌段共聚物形成的介观有序结构的结构转变和塌陷，了解选择性分子分配，并阐明普遍的表达机制，构建水性微相分离的两相分子体系。我们设计并合成了一组新型两性离子亲水性嵌段共聚物，其分子机制可在水溶液中特异性相互作用和聚集。使用动态光散射 (DLS) 测量分析稀水溶液中形成的颗粒的流体动力学半径，并使用小角 X 射线散射 (SAXS) 测量分析浓水溶液中形成的微相分离结构。 SAXS 实验使用九州同步加速器光子学研究中心的光束线 BL11。关于由不同两性离子聚合物组成的两性嵌段共聚物水溶液的微相分离，显示了共聚物对组成和浓度的相图。我们揭示了双性离子嵌段共聚物的独特相分离行为，其中水的选择性分配特性在阈值浓度下发生变化，这高度依赖于组成分子链的聚合度。人们发现，重复单元中含有羧基甜菜碱基团的聚羧基甜菜碱表现出共不良溶剂效应，使其可溶于水和乙醇，但不溶于水/乙醇混合溶液。基于统计力学模型的模拟，我们提出了由竞争性氢键和与水和乙醇的协同水合引起的反溶剂效应的两性离子特异性。此外，我们成功构建了微相分离的两相系统，其中微相分离是由反溶剂效应引起的。