[发明专利]一种实时监控表面引发的高分子膜生长的方法及装置

说明书

技术领域

本发明属于表面高分子合成修饰领域，具体地说是涉及一种实时监控表面引发的高分子膜生长的方法，及装置。

背景技术

表面引发的高分子反应(Surface-Initiated Polymerization，以下简称SIP)是一种新型的表面修饰(“grafting from”，即“接枝于”)方法。和传统的接枝法(“grafting to”，即“接枝到”)相比，SIP方法较少受到浓度梯度障碍的困扰，因此可以用来制备更大密度(0.6链/纳米²)和更厚的膜(大于100nm)，从而对于用传统的接枝法无法达到的密度(＞0.06链/nm²)的高分子层和表面的性质可以进行进一步的研究和更好的利用。例如，作为可控的高分子聚合方法，表面引发的原子转移自由基聚合反应(Surface InitiatedAtom Transfer Radical Polymerization，以下简称SI-ATRP)，是在表面引发的，能针对性地控制目标高分子的膜厚、密度、组成(如嵌段聚合物)等具体性质。在文献1：Zhao，B.；Brittain，W.J.Macromolecules 2000，33，8813-8820中公开了用序列碳正离子聚合和SI-ATRP的方法制备的嵌段共聚物，其能组成纳米图案，在浸入不同溶剂中接触角会相应变化。这类新型的表面引发的高分子层不仅有重要的科学意义，而且给相关科学技术领域的发展带来很大的促进。例如，可作为表面高分子修饰的手段广泛运用于耐刻蚀、胶体稳定性、生物传感器、生物材料和纳米/微米加工等领域。

由于现有的分析技术的制约，很少有人从动力学角度关注SI-ATRP的研究。对于溶液聚合，一般是采用在聚合的过程中取样，然后利用诸如核磁共振之类的相关手段来研究反应的动力学过程。这种方法不适用于SIP的一端固定在表面生长的高分子。

或是如文献2：Matyjaszewski，K.；Miller，P.J.；Shukla，N.；Immaraporn，B.；Gelman，A.；Luokala，B.B.；Siclovan，T.M.；Kickelbick，G.；Vallant，T.；Hoffmann，H.；Pakula，T.Macromolecules 1999，32，8716-8724中所公开的，在SIP过程中加入自由引发剂，以研究溶液聚合过程来近似地研究SIP过程，但已证明SIP因为有一端固定生长，它与溶液聚合的动力学过程并不相同。

理论上，也可以采用在不同时间点，逐一取出同一批相同条件SIP反应的芯片的方法来进行动力学研究，但实际操作上，对SI-ATRP反应而言，这样会破坏体系所必需的无氧条件。而且如文献3：Ma，H.；Hyun，J.；Stiller，P.；Chilkoti，A.Adv.Mater.2004，16，338-341中所公开的，这种方法采用离线表征方法，通常需要做一系列的实验，非常繁琐。更为重要的是，由于SI-ATRP的内在机理性原因，反应的可重复性很低。例如应用石英晶体微天平(以下简称QCM)监测在五次完全相同条件下的SI-ATRP反应(单体为寡聚乙二醇甲基丙烯酸酯，引发剂为如硫醇ω-mercaptoundecyl bromoisobutyrate)，进行30分钟到240分钟的反应，得到的5条F-t曲线，如图l所示，5条曲线没有重叠。这是因为在SIP的引发阶段，即使在相同的条件下，不同次的反应仍有很大区别，尤其对于有机溶剂和无减活性剂的体系，所以在此阶段使用传统的逐次取点法得到的经验曲线的重复性很差，从而影响了该方法的实际应用。

发明内容

本发明的目的在于提供一种实时监控表面引发的高分子膜生长的方法和装置，该方法利用石英晶体微天平在液体环境下实时监控表面引发的高分子膜的生长，可以准确、简便地控制表面引发的高分子反应，从而控制最终得到的表面修饰膜的厚度精确到10^-10米。

本发明的目的是通过如下的技术方案实现的：

本发明提供一种实时监控表面引发的高分子膜生长的方法，包括如下的步骤：

1)按照常规方法在QCM芯片的表面通过共价键固定引发剂，然后将该表面生长有引发剂的QCM芯片放入QCM传感器腔室中，通入氮气保护5-35分钟；