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都柏林大學(xué)/安徽理工大學(xué)王文新教授團隊 Angew綜述:多乙烯基單體自由基聚合的模擬發(fā)展
2022-11-30  來源:高分子科技


  探索構(gòu)建具有明確拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、組成和功能的復(fù)雜高分子結(jié)構(gòu)已成為開發(fā)現(xiàn)代聚合物材料的分子基礎(chǔ)。多乙烯基單體的自由基(共)聚合因其獨特的反應(yīng)動力學(xué) – 同時存在的分子間支化和分子內(nèi)環(huán)化,為聚合物鏈拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和功能的調(diào)控提供了一種簡便策略。然而,目前對多乙烯基單體聚合機理理解的不足成為其進一步應(yīng)用的嚴(yán)重阻礙。由于實驗表征手段的固有局限性,模擬技術(shù)已經(jīng)成為一種輔助聚合機理研究的強大工具,其可以補充提供實驗(尤其是涉及支化和凝膠的實驗體系)中難以獲得的關(guān)鍵信息。


  近期,愛爾蘭都柏林大學(xué)/安徽理工大學(xué)“長江學(xué)者獎勵計劃”講席教授王文新等人系統(tǒng)總結(jié)了模擬技術(shù)在多乙烯基單體自由基聚合方面的研究進展。該綜述以題為“Modelling Development in Radical (Co)Polymerization of Multivinyl Monomers”的論文發(fā)表在最新一期《Angewandte Chemie International Edition》上。作者首先將目前用于研究高分子聚合的模擬方法分為三大類 – 純統(tǒng)計模型、動力學(xué)模型和隨機模型,總結(jié)了其應(yīng)用原理與范圍。然后,以多乙烯基單體聚合中同時存在分子間交聯(lián)反應(yīng)和分子內(nèi)環(huán)化反應(yīng)為主線,前瞻性的介紹了目前的模擬技術(shù)在凝膠點、分子內(nèi)和分子間交聯(lián)結(jié)構(gòu)預(yù)測方面的研究進展。文章還總結(jié)了該領(lǐng)域在多乙烯基單體可控均聚體系的反應(yīng)機理和產(chǎn)物結(jié)構(gòu)調(diào)控等方面存在的挑戰(zhàn),為將來利用模擬技術(shù)建立更為先進的多乙烯基單體聚合理論體系提供了思路。


1. 實驗、模擬和聚合物性能研究之間的關(guān)系 


圖2. 三種模擬方法在描述多乙烯基單體自由基聚合交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)形成過程中的思路


 

圖3. 多乙烯基單體自由基聚合的基元反應(yīng)特點 



圖4. 傳統(tǒng)多乙烯基單體自由基聚合體系的蒙特卡洛模擬 



圖5. 多乙烯基單體原子轉(zhuǎn)移自由基聚合(ATRP)的蒙特卡洛模擬 


  本文在本課題組多年關(guān)于多乙烯基單體自由基聚合的研究基礎(chǔ)上,從模擬角度概括總結(jié)了多乙烯基單體自由基聚合在聚合機理和產(chǎn)物拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)方面的研究進展。本文所總結(jié)的模擬策略及其在多乙烯基單體聚合進程和結(jié)構(gòu)預(yù)測方面的應(yīng)用將極大地促進未來以模擬與實驗相結(jié)合的方式對復(fù)雜拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)高分子材料的開發(fā)進行研究。本文的第一作者為都柏林大學(xué)的呂京博士,王文新教授為本文的通訊作者。世界著名高分子科學(xué)家Krzysztof Matyjaszewski為本文的共同作者。


  原文鏈接:https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/ange.202212235


課題組簡介

  王文新教授現(xiàn)就職于愛爾蘭都柏林大學(xué)醫(yī)學(xué)院查爾斯皮膚科學(xué)研究中心,并兼任都柏林大學(xué)機械和材料工程學(xué)院教授,都柏林大學(xué)學(xué)術(shù)管理委員會委員,目前也是安徽理工大學(xué)“長江學(xué)者獎勵計劃”講席教授。王文新教授與他帶領(lǐng)的研究團隊主要從事高分子可控聚合方法的前沿機理和臨床應(yīng)用研究,具體為高分子可控聚合機理和動力學(xué)控制策略及其在生物功能材料設(shè)計與合成中的兩大方向應(yīng)用:組織工程學(xué)—水凝膠以及其他功能性生物材料單獨或結(jié)合干細(xì)胞療法在骨關(guān)節(jié)炎、關(guān)節(jié)軟骨缺損、骨缺損、牙科骨/軟組織修復(fù)、皮膚創(chuàng)傷修復(fù)等醫(yī)療方向的廣泛應(yīng)用;基因治療—十余年深耕研發(fā)報道多種高效聚合物結(jié)構(gòu)用于基因遞送,并通過可控聚合首次攻克和發(fā)明了超支化聚β氨基酯該大類材料家族用于遺傳物質(zhì)的體外和體內(nèi)遞送,并成功應(yīng)用于,包括EB基因替代和編輯療法等在內(nèi),多種擁有完全自主知識產(chǎn)權(quán)的核酸藥物的臨床轉(zhuǎn)化驗證。王文新教授的基礎(chǔ)研究以及商業(yè)化轉(zhuǎn)化工作獲得了國際同行的普遍認(rèn)可和跟進研究報道,目前已發(fā)表222篇學(xué)術(shù)論文,如Science Advances《科學(xué)進展》,Nature Communications《自然:通訊》,Nature Reviews Chemistry《自然綜述:化學(xué)》,JACS《美國化學(xué)協(xié)會會刊》,Angewandte Chemie《德國應(yīng)用化學(xué)》,Advanced Materials《先進材料》,Nano Letters《納米快報》,并參與編纂5本學(xué)術(shù)專著的部分章節(jié)。王教授的工作已相繼被多家國際知名媒體采訪和報道56次,如泰晤士報(Times),英國皇家學(xué)會的化學(xué)世界(RSC Chemistry World),美國的化學(xué)工藝(Chemical Processing),美國科學(xué)日報(Science Daily), RTE 愛爾蘭國家電視臺。在科研成果的轉(zhuǎn)化方面,王文新教授創(chuàng)建了應(yīng)用和轉(zhuǎn)化自己研發(fā)技術(shù)的5家生物技術(shù)公司:Vornia Ltd. (已被世界五百強企業(yè)Ashland-美國亞什蘭醫(yī)藥集團收購) , Blafar Ltd.(總部位于愛爾蘭都柏林),孛朗孚(杭州)生物科技有限公司,Branca Bunús Ltd.(總部位于愛爾蘭都柏林)和北京瑞熙天成生物科技有限公司,并擁有34項發(fā)明專利,其中17項知識產(chǎn)權(quán)已轉(zhuǎn)讓向產(chǎn)業(yè)界。      王文新教授現(xiàn)擔(dān)任26個國家研究委員會和基金會的評審專家和委員會成員,如比利時科學(xué)研究基金會佛蘭德斯委員會、歐盟FP7框架和Horizon2020的瑪麗居里基金會、加拿大渥太華研究基金會、葡萄牙科學(xué)基金會、捷克科學(xué)基金會、英國醫(yī)療研究委員會、英國工程和物理科學(xué)研究委員會、以色列科學(xué)基金會、奧地利科學(xué)基金會等。王教授還被10家國際同行評議雜志聘為編委,如Polymer《高分子》、Biomedical Materials《生物醫(yī)學(xué)材料》、Materials《材料》和《林產(chǎn)化學(xué)與工業(yè)》等。王文新教授已先后118次被國際會議和大學(xué)邀請作為主要報告人,并作為組織者、會議主席和召集人主辦了32次國際學(xué)術(shù)會議。


  課題組網(wǎng)站鏈接:http://www.wenxinwang.group/ 


  課題組長期招收高分子化學(xué)/計算機模擬方向的博士生(全獎)。歡迎對相關(guān)研究方向感興趣的同學(xué)郵件聯(lián)系wenxin.wang@ucd.ie和jing.lyu@ucd.ie。郵件主題注明“博士生申請”。

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(責(zé)任編輯:xu)
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