聚合物囊泡在外场下的稳定性和形变动力学

Polymer vesicles possess great significance on the realms of biology, medicine, and nano-science for its potential application in developing advanced technologies like nano reactor, drug targeting delivery and gene therapy because of their special structure. The majority of studies in recent decades have been focused on the preparation of vesicles and controlling the properties of targeted vesicles, while the research on the stability and deformation of vesicles is seldom. It is very helpful for human to understand the mechanism of vesicle transportation. In this project, we use the polymer vesicles in the nanotube under the field as a model to study the effects of the fluid and the confinement on the stability and the deformation of polymer vesicles by self-consistent field theory and dissipative particle dynamics method, then obtain the mechanism of the deformation, coalescence and unstability of vesicles. The vesicles with nanoparticles will also be considered. The research can provide the important direction in the fields of medicine transportation and gene injection.

聚合物囊泡因其特殊的结构与性质可应用于开发纳米反应器、靶向药物输运、基因注射等技术，因此在生物、医药、纳米科学等领域正发挥着越来越重要的作用。近年来对于嵌段共聚物囊泡的研究大多集中在囊泡的制备以及目标囊泡性质的可控化上，而在囊泡的稳定性与形变上的研究却少有涉及。对囊泡的形变及其稳定性的研究有利于人类理解囊泡的运输调控机制。本项目以囊泡为模型，利用自洽场理论和耗散粒子动力学方法研究流场驱动以及管道受限对聚合物囊泡的稳定性与形变的影响，得到囊泡形变、愈合以及失稳的动力学机制，并进一步研究囊泡携带纳米粒子情况下的动力学行为，为囊泡在药物输运、基因注射等领域的应用提供非常重要的指导。

聚合物囊泡于流场的驱动下在管状受限中的动力学和所涉及的输运机理有助于我们理解很多生理过程，例如红细胞在血管或毛细血管中的运动、巨噬细胞在通过血管-毛细血管时的变形以及神经递质的传递等过程均涉及聚合物囊泡在流场驱动下在纳米管中的迁移等。因此，研究聚合物囊泡在外场下的形变和失稳动力学具有非常重要的意义。本项目采用耗散粒子动力学方法研究了流场驱动以及管道受限条件下嵌段共聚物囊泡的形态变化和动力学行为，得到了囊泡在流场作用下发生形变和破裂的机理，受限和流场均会增强囊泡的形变，分析了囊泡形变与囊泡结构的关系以及不同的运动模式。这些结果为囊泡在药物输运、基因注射等领域的应用提供非常重要的指导。研究了纳米粒子在聚合物囊泡中的定位组装，实现了纳米粒子的在囊泡壁角向和径向的定位，深入研究了药物纳米粒子在功能聚合物囊泡中的封装和控释；研究了纳米粒子表面的聚合物图案化，得到了不同补丁类型的纳米粒子，并深入探讨了体积分数和补丁数之间的关系；研究了DNA修饰纳米粒子的组装热力学以及DNA链刚柔性对纳米粒子组装的影响；理论模拟了类表面活性剂的自组装，并通过制备类表面活性剂进行验证，得到了周期10nm以下的开壳层状结构和闭壳洋葱状层状结构；研究了两亲性环形刷状聚合物的组装，并深入研究了不同形态的形成机理。这些结果为探索囊泡的应用和获得新颖的结构材料提供了理论指导。