基于结构明确两亲性聚合物的精密合成精准构建功能性1D/2D纳米粒子

The precision construction of organic one-dimensional (1D) or a two-dimensional (2D) nanomaterials is a cutting-age research area in material science. However, the relationship between the structures and properties of these nanomaterials is rarely exploited and not build. In this project, we use stepwise and exponential growth strategy to synthesize molecularly-defined amphiphilic polymers with monodisperse molecular weight and sequence-defined structure. Therefore, the self-assembly behavior can be well controlled toward the precision construction of functional 1D / 2D nanomaterials. Meanwhile, we will investigate the influence of molecular weight and sequence on self-assembly behavior and properties, and establish the relationship between structure and property of the nanoparticles. This research will greatly expand and enrich the methods for polymer precision and construction of multi-functional 1D/2D nanoparticles, allowing the better understand on the relationship between structure and property, and finally facilitating the practical applications of polymeric nanoparticles.

精密构建一维（1D）或二维（2D）聚合物纳米材料是目前材料研究的前沿领域。目前该类聚合物纳米材料的结构和性能比较单一，其结构与性能关系的理论研究尚未建立。解决该问题的根本在于精密合成结构明确的高分子。本项目拟利用逐步增长法和指数增长法精密合成一系列分子量单分布/序列结构明确的两亲性齐聚物或聚合物，从而精确地调控其组装结构，自下而上地构建结构精致的功能性1D或2D聚合物纳米粒子。项目将详细考查分子量和序列结构对自组装行为及其组装体性能的影响，建立聚合物结构与性能的关系。本项目研究可拓展和丰富高分子的精密合成方法以及多功能1D/2D纳米粒子的精准构建方法，对于研究聚合物结构与性能的关系以及实际应用具有重要意义。

大自然生物高分子拥有精密的序列结构和立体结构，例如DNA，蛋白质。相比生物高分子，人工合成高分子难以拥有精密的序列结构和立体结构。纳米材料在高科技发展中发挥重要的作用。合成具有确定链长/序列结构的高分子，精准构建有机1D/2D 聚合物纳米材料，是模仿生物材料推进生命科学发展的行之有效的策略，一直受到广泛关注。.我们紧密围绕研究目标，首先设计合成不同种类的单体模块，分别在单体的骨架中引入功能性共轭基团，如偶氮苯，芴和联二炔，同时在侧基上引入酰胺键，可灵活通过酰胺键引入亲水侧链或功能基团。采用保护-脱保护方式和迭代逐步/指数链增长策略，调整每次加入单体的种类和顺序，成功获得了一系列主链为刚性或半刚性的分子量/序列精准的聚合物/齐聚物。通过核磁共振氢谱（1H NMR），凝胶渗透色谱（GPC），基质辅助激光解吸/电离（MALDI-TOF）质谱表征，证明了聚合物的成功制备。.将获得的聚合物在溶液中组装，通过透射电镜（TEM），扫描电镜（SEM）、原子力显微镜（AFM），偏光显微镜（POM）、动态光散射（DLS）对组装体的形貌和尺寸进行了表征，成功制备了不同形貌和尺寸的1D/2D组装体，如纳米纤维，管状囊泡，纳米薄片等组装体结构。通过X射线小角散射/广角散射仪（SAXS/WAXS），差示扫描量热法（DSC），紫外-可见（UV-vis）光谱，红外（IR）光谱、拉曼（Raman）光谱，偏光显微镜（POM）进一步测试组装体结构和性能，考察聚合物分子量和序列结构对自组装行为和形貌的影响，深入研究组装机理，建立分子堆叠模型。同时，研究了聚合物及其纳米材料的应用性能，如组装体的光响应可逆变化，手性光开关，蛋白质识别，细菌粘附及光响应行为。该研究清晰准确地揭示了相关聚合物/齐聚合物分子量和序列结构对性能的影响，为开发新型高分子材料和潜在应用提供了必要的理论依据。