由纳米粒子稳定的聚电解质复凝聚物液滴的形态和动态行为研究

Polyelectrolyte complex coacervate is the dense phase formed by oppositely charged polyelectrolytes in water via a liquid-liquid phase separation driven by the electrostatic interaction. Complex coacervates are initially present as micro-sized liquid droplets in the aqueous two-phase system, which is a prerequisite for the application as an ideal model system in protocell research and performing dynamic responsive functions. However, the metastable droplets tends to coalescence into bulk phase once formed. The fundamental question on the stability of the dispersed droplets remains to be unsolved so far..In this proposal, nanoparticles will be utilized to stabilize the coacervate droplets and tune their dynamic behaviors via the formation of bio-mimic membranes on the surfaces of the droplets. Through the microscopic observation and spectral analysis, this proposal would investigate the following aspects: (1) the effect of model nanoparticles with various surface properties on the stability of the coacervate droplets, (2) the partition behaviors of model molecules in the stabilized droplets modulated by the nanoparticles, (3) the application of the functional complexes made by nanoparticles and coacervate droplets. .This project will be of great significance to establish the general principle of nanoparticle-coacervate droplet interactions, and to reveal the mechanism on the semi-permeable behaviors of droplets mediated by the nanoparticles. It will also be valuable to guide the development of novel environment-friendly and functional complex coacervate systems.

聚电解质复凝聚物（Complex coacervate）是由带相反电荷的聚电解质在溶液中通过静电相互作用发生液液相分离时形成的浓相。复凝聚物以微液滴的形态存在于双水相体系中，这是它作为原始细胞模型和实现动态响应功能的一个先决条件。然而，不稳定的分散液滴容易聚集融合形成体相，如何稳定微液滴的形态这一基本问题尚未解决。.本项目利用纳米粒子在复凝聚物液滴表面形成仿生物膜来稳定液滴并调控其动态行为，采用形貌观察和光谱学等方法重点研究：（1）具有不同表面性质的模型纳米粒子对液滴的稳定效果、（2）纳米粒子调制下的液滴对于模型分子的分配行为、（3）纳米粒子和液滴的复合功能体的应用。.该项目对建立纳米粒子与复凝聚物液滴相互作用的普适性规律和揭示纳米粒子赋予复凝聚物液滴半透性的作用机制有重要理论意义，为开发环境友好的复凝聚物的新型功能体提供实验依据。

聚电解质复合物有固态沉淀和液态凝聚物两种形貌。复合物的形貌决定了它们在实际应用中的性质和功能。长期以来，人们关注各种制备条件（如浓度、正负电荷比、外加小分子盐等）对复合物形貌的影响。本项目关注复凝聚物液滴的形态稳定性和复合物在热、光等外界因素作用下的固液形貌转变。.首先，项目研究了纳米粒子对聚电解质复凝聚物的稳定作用，发现表面未经修饰的SiO2不能稳定复凝聚物液滴，反而会由于静电相互作用导致体系中的胶体粒子失稳而沉出。其次，项目以聚电解质与含四苯基乙烯的双亲性小分子形成的复合物为主要研究对象，通过对聚电解质/双亲性小分子复合物的形貌及其热致形貌转变方面的研究，成功地发展了一种新型的基于聚集诱导发光效应的复合物示踪方法，提出利用荧光寿命探测复合物所处的相态和微结构变化的简便手段，获得复合物的水含量、形貌转变和玻璃化转变温度等关键数据，首次从热分析表征的角度证实复合物固液转变与玻璃化转变两个过程之间的关联，进一步利用荧光分子的光热效应实现对复合物固液形貌的光诱导调控。最后，项目还构建了多相聚电解质复凝聚物体系，在双亲性小分子中引入偶氮基元，利用偶氮分子的光致顺反异构调控复合物中正负离子对的相互作用的强弱，从而成功地实现了光致形貌的动态转变。.上述实验结果为研究聚电解质复合物的形貌和结构提供了强有力的可视化手段，为研究复合物的运动动力学提供了灵敏的探测方法，为理解复合物的形貌多样性提供了热学起源方面的新视角，在构建具有丰富行为的复凝聚物功能体，如微反应器、光和热刺激响应性材料等功能材料领域展现出很好的应用前景。