聚合物微凝膠是一類具有交聯(lián)聚合物網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的微米級(jí)材料，富含大量水分，具有與人體組織更為接近的機(jī)械性能，可更好的模擬生命體內(nèi)的微環(huán)境。具有溫敏智能響應(yīng)行為的微凝膠，可通過調(diào)節(jié)環(huán)境溫度實(shí)現(xiàn)其體積、結(jié)構(gòu)和功能的靈敏調(diào)控，基于其構(gòu)筑受限微環(huán)境，可實(shí)現(xiàn)分子功能和性質(zhì)的智能調(diào)控，在生物大分子藥物負(fù)載、活性保護(hù)和功能控制等方面具有重要意義。迄今為止，智能聚合物微凝膠大多基于線形聚合物，而非線形聚合物（梳形、星形和樹形等）的結(jié)構(gòu)易于調(diào)節(jié)且更易于功能化，比如樹枝化聚合物，具有高度支化結(jié)構(gòu)和高密度功能團(tuán)，采用其制備微球?qū)⒕哂兄T多優(yōu)勢，如可更高效負(fù)載客體分子，樹形側(cè)基可賦予微球更好的包絡(luò)協(xié)同性。
近日，上海大學(xué)仿生與智能高分子國際聯(lián)合實(shí)驗(yàn)室李文/張阿方教授團(tuán)隊(duì)在樹枝化聚合物微凝膠領(lǐng)域取得重要進(jìn)展。利用樹形烷氧醚大單體的獨(dú)特溫敏性質(zhì)，在無表面活性劑的情況下，通過原位交聯(lián)聚合反應(yīng)制備了一類具有溫度響應(yīng)性的樹枝化微凝膠，并發(fā)現(xiàn)該類微凝膠可構(gòu)筑增強(qiáng)的受限微環(huán)境，對溶致變色染料的包絡(luò)和溶劑化行為實(shí)現(xiàn)調(diào)控。相關(guān)成果以“Thermoresponsive Dendronized Microgels through In Situ Crosslinking Polymerization to Exhibit Enhanced Confinement for Solvatochromic Dyes”為題，發(fā)表在《Macromolecules》期刊上（DOI: 10.1021/acs.macromol.3c00581）。上海大學(xué)博士生張佳星與姚欥博士為論文共同第一作者。該研究工作得到了國家自然科學(xué)基金和上海市東方學(xué)者人才計(jì)劃項(xiàng)目的支持。
在這項(xiàng)工作中，在不添加穩(wěn)定劑與乳化劑的條件下，基于烷氧醚樹枝狀大單體在相變溫度以上形成聚集體，通過原位自由基聚合交聯(lián)反應(yīng)固定聚集體的球形形貌制備了溫度響應(yīng)型樹枝化微凝膠。這種方法已被證明具備較強(qiáng)的通用性，可通過溫度響應(yīng)型樹枝狀大單體的均聚、或與疏水性/親水性、樹枝狀/非樹枝狀第二單體共聚、以及控制加熱速度的方式來制備不同的智能微凝膠，并可對凝膠的形貌和組成進(jìn)行有效控制。此外，這些樹枝化微凝膠繼承了大單體特有的溫度響應(yīng)性，可在高于或低于其相變溫度時(shí)實(shí)現(xiàn)體積的顯著收縮或膨脹。微凝膠內(nèi)部的樹枝化聚合物鏈可在溫度誘導(dǎo)脫水聚集和坍塌過程中通過相鄰鏈之間的協(xié)同作用增強(qiáng)體系的擁擠效應(yīng)，并提供高水平的受限微環(huán)境。這使得即使在強(qiáng)酸性條件下，微凝膠也可對包封其中的溶致變色染料具有較好的保護(hù)功能，使其不發(fā)生質(zhì)子化。因此，該類具備可逆封裝和保護(hù)客體分子能力的微凝膠，有望用于生物活性物質(zhì)（蛋白質(zhì)、核酸或細(xì)胞等）的控釋及輸運(yùn)。
圖1、通過烷氧醚樹枝化大單體EtG1-MA和MeG1-MA的溫敏聚集體原位交聯(lián)聚合制備樹枝化微凝膠的示意圖，以及溫度介導(dǎo)微凝膠對溶致變色染料尼羅藍(lán)（NBC）的可逆包封。
圖2、烷氧醚樹枝化大單體的溫敏聚集行為。不同濃度EtG1-MA水溶液的Rh隨溫度的變化（a），1.0 °C×min-1（慢速）和10.0 °C×min-1（快速）升溫速率下EtG1-MA所形成聚集體的Rh（b）和Rg（c），以及加入不同極性的第二單體M2（MeG1-MA，AAm或NBC）后EtG1-MA混合物的Tcp（d）。
圖3、以AIBA為引發(fā)劑，快速加熱制備樹枝化共聚物微凝膠的示意圖。
圖4、微凝膠的原子力顯微鏡（AFM）圖像。MG1.0-2-400/65（a），MG2.5-2-400/65（b），MG5.0-2-400/65（c）和MG10.0-2-400/65（d）。
圖5、微凝膠的溫度響應(yīng)性。（a）不同單體濃度制備的微凝膠透光率隨溫度的變化曲線。（b）不同溫度下微凝膠的Rh。（c）微凝膠在高溫下的體積收縮率。（d）微凝膠的Rh在25.0和40.0 °C的可逆變化。
圖6、溫度響應(yīng)型共聚物和微凝膠由溫度誘導(dǎo)脫水和塌陷形成的受限微環(huán)境。NBC0.7Et10，EtG110NBC1和EtG033NBC1水溶液在不同pH條件下（pH 7.0、pH 4.0、pH 3.0和pH 2.0）低于Tcp和高于Tcp的照片（a），以及NBC0.7Et10，EtG110NBC1和EtG033NBC1水溶液在pH 7.0（b）、4.0（c）、3.0（d）和2.0（e）下的最大吸收波長隨溫度的變化曲線。溫度誘導(dǎo)微凝膠內(nèi)部染料質(zhì)子化示意圖（f）。
圖7、熒光發(fā)射光譜與溫度的關(guān)系。pH 4.0時(shí)的EtG033NBC1（a）、EtG110NBC1（b）和NBC0.7Et10（c），pH 3.0時(shí)的EtG033NBC1（d），EtG110NBC1（e）和NBC0.7Et10（f），pH 2.0時(shí)的EtG033NBC1（g），EtG110NBC1（h）和NBC0.7Et10（i）。
圖8、溫度誘導(dǎo)的相變過程中水溶液的pH變化（a）加熱分離共聚物和微凝膠的示意圖。（b）加熱分離后共聚物和微凝膠溶液的pH值（濃度為2.0 mg?mL-1）。（c）不同濃度的NBC0.7Et10溶液加熱分離后的pH值的變化。
原文鏈接：https://doi.org/10.1021/acs.macromol.3c00581
