表征聚合物自组装特性的场流分馏技术

在这次采访中，Harald Pasch教授谈到了场流分馏系统在表征聚合物自组装时的重要性。

为了读者的利益，你能解释一下什么是聚合物自组装吗?

嵌段共聚物在选择性溶剂中溶解时，能够自组装成各种纳米结构，如胶束或囊泡，这是基于嵌段共聚物特殊的两亲性特征。两亲性嵌段共聚物结合极性、亲水聚合物序列(嵌段)和非极性、亲油聚合物序列。这种嵌段共聚物可以通过不同的受控聚合过程合成，如图1a所示。在选择性溶剂中溶剂即这是一个热好的一块但不良溶剂/溶剂沉淀剂的其他的不溶性块聚集并形成一个核心而“可溶性”块形式电晕与溶剂相互作用和稳定聚合物自组装。为了稳定芯体，在某些情况下会使用交联反应。根据嵌段共聚物分子在自组装中的排列方式，可以形成如图1b所示的不同结构。

图1所示。(a)两亲性嵌段共聚物的合成和自组装。(b)自组装形态作为嵌段共聚物组成的函数的进展(图片改编自C.A. Figg等人，化学科学2015,6,1230-1236)。亚博老虎机网登录

为什么聚合物自组装很重要?

纳米结构的自组装为实现具有特定功能的自组装提供了一条强有力的途径。如前所述，嵌段共聚物是一类通用的自组装材料，其特点是化学上不同的共价键合聚合物块。亚博网站下载可以选择聚合物组合物来控制胶束的大小和与包括药物在内的特定物质的相容性。因此，聚合物自组装是很有吸引力的药物载体，根据其大小、形状和组成，可以使人体将药物运输到特定的位置(如肿瘤细胞)，并在那里释放药物。这里的挑战是很难复制或控制自组装的大小，准备可预测的大小分布，并确保高药物负载的自组装的稳定性。其他应用包括磁药物递送，磁响应和超顺磁纳米结构具有高度各向异性形状(链状)，可以使用磁场操纵。胶束和囊泡的包封能力和生物相容性，以及其他形态的多样性(圆柱形胶束、蠕虫、纳米棒)使其成为有趣的体内细胞吸收载体，并能将分子封装在疏水囊泡膜和亲水性内部，提供双组分输送的可能性。其他应用包括胶体稳定和微纳米反应器过程。

有什么方法可以描述聚合物的自组装?

为了充分利用其潜力，聚合物自组装必须在尺寸、聚集数、形态、电晕组成和摩尔质量等方面进行广泛的表征，因为这些参数会显著影响聚合物在不同应用中的功能和行为。目前常用的块体表征技术如电子显微镜(SEM和TEM)、原子力显微镜(AFM)以及动态(DLS)和静态光散射(SLS)来确定颗粒大小和粒径分布。然而，这些技术不能用来确定摩尔质量、化学成分或聚集数。此外，虽然平均电晕组成和数平均摩尔质量可以通过核磁共振和荧光光谱探测，这些技术不能确定这些参数的分散性。更重要的是，当前的本体表征技术的适用性是有限的样品显示复杂或多个尺寸，摩尔质量或组成分布。

你们为什么选择现场流动分馏来表征聚合物的自组装?

为了获得聚合物的性质分布(最重要的是摩尔质量分布)，必须使用选择性分馏方法。摩尔质量测定的金标准是大小排阻色谱(SEC)，因为它不仅提供了可靠和准确的信息，而且有一个成熟的理论基础来预测和解释聚合物的保留行为。然而，SEC分离聚合物是根据它们在溶液中的大小，而不是根据它们的摩尔质量。流体力学尺寸与摩尔质量之间的关系是通过SEC校准或使用摩尔质量敏感探测器得到的。当涉及复杂或高摩尔质量的样品(如嵌段共聚物、聚电解质和聚合物自组装)时，SEC也有局限性，因为这些会发生剪切降解，甚至吸附到固定相上。

为了解决柱式分馏技术固有的局限性，基于通道的分馏技术，如现场流动分馏(FFF)，已经成为重要的替代分馏平台，不仅可以分离和表征聚合物，还可以分离和表征聚合物自组装等其他复杂分析物。的一个最突出的sub-techniques FFF对聚合物表征热Field-Flow分馏(ThFFF),因为它不仅可以单独的聚合物和聚合物自组装基于它们的大小在溶液中(或摩尔质量)也根据他们的化学成分,在一个单一的分析。在过去的几年里，ThFFF理论的发展和用于表征复杂分析物的技术的应用都显示出了巨大的增长，并因此开始受到聚合物界越来越多的关注。

你们使用的场流分馏系统由什么组成?

我们正在使用两个系统，一个是非对称流动FFF (AF4)，另一个是ThFFF系统。由于这些系统在许多方面类似于柱基分馏系统，一系列检测器也用于柱层析，可以附加到AF4和ThFFF。FFF平台具有模块化架构，因此，根据分析问题，不同的FFF器件可以与不同的检测器相结合。我们当前ThFFF系统的设置如图2所示。它包括ThFFF分馏装置和五个在线耦合到该装置的信息丰富的探测器。探测器可用于不同的组合，以提供选择性的分子结构信息。化学成分可通过双浓度检测(dRI和UV)测定，流体力学半径和旋转半径可通过drim - mals - dls分析。分子构象信息可通过Mark-Houwink和构象图获得，需要浓度、MALS和dVis检测。

图2。使用五种不同的信息丰富的探测器:紫外(UV)、差示折射计(dRI)、多角度光散射(MALS)、动态光散射(DLS)、差示粘度计(dVis)对ThFFF的当前设置进行了原理介绍。

你们为什么选择Postnova来生产这种场流分馏设备?app亚博体育

在分析仪器市场，只有极少数公司的产品组合中有FFF仪器。其中之一是Postnova，专门研究FFF和不同的FFF子技术。此外，Postnova还提供了大量的检测器，可用于FFF和基于柱的分馏。因为，在我们的小组中，我们专注于先进的通道和柱为基础的分馏，它是非常有用的使用相同的组件为不同类型的分馏。另外一个优点是，不同组件之间的软件通信非常容易，因为这些程序是基于相同的平台的。

您如何看待您的研究领域在不久的将来的发展?

与柱色谱法相比，FFF一直是一种利基技术。然而，由于FFF是柱层析的补充，FFF在越来越多的高级应用中显示出优越的性能。越来越多的实验室正在使用FFF作为柱色谱的补充或替代，特别是当涉及到大、高摩尔质量和敏感的分析物时。FFF的另一个优点是它的灵活性和多功能性，可以用于不同的外部领域(流动，热，沉降，电)。

你希望在新的聚合物表征系统中看到什么?

除了发展新的和改进的仪器，我希望看到分析科学家更“冒险”。由于手头有大量不同的分馏装置和先进的探测器，方法组合应该更频繁地使用。与全面多维色谱相似，多维FFF将是一个有趣的发展。甚至在一个设备中结合基于柱和基于通道的分馏也是一种有趣的方法。重要的是分析问题。最后是分馏——如果列不工作，尝试一个通道。

关于哈拉尔德·帕斯奇教授

Harald Pasch是南非Stellenbosch大学化学和聚合物科学系的杰出教授。亚博老虎机网登录他的研究重点是发展复杂聚合物的先进分析方法。Pasch担任高级分析聚合物科学SASOL研究主席。亚博老虎机网登录他是300多篇科学论文的作者/合著者，并提拔了50多名硕士和博士研究生。2013年，他出版了教科书《聚合物的多维高效液相色谱》。他的新书《聚烯烃的高级分离技术》于2014年9月出版。