[发明专利]双螺旋结构嵌段共聚物/纳米粒子复合材料及制备

说明书

本发明涉及一种双螺旋结构嵌段共聚物/纳米粒子复合材料及制备与应用，将嵌段共聚物与手性小分子TA混合，退火形成手性可控双螺旋结构，通过TA的除去制备手性多孔薄膜，诱导金纳米颗粒组装形成双螺旋结构的嵌段共聚物/纳米粒子复合材料。与现有技术相比，本发明首次在嵌段共聚物组装领域制备出手性可控的双螺旋结构材料，并将该材料实现了功能化，在手性光学响应、手性分离等领域具有巨大的应用潜力。

技术领域

本发明涉及嵌段共聚物自组装领域，具体涉及一种双螺旋结构嵌段共聚物/纳米粒子复合材料及制备。

背景技术

DNA双螺旋结构的提出使“生命之谜”被打开，人们清楚地了解了遗传信息的构成和传递的途径。也正是DNA的发现，对双螺旋的研究开始变得火热起来。在材料科学领域，已经有大量的研究完成了对螺旋结构的“仿制”。

嵌段共聚物是将两种或两种以上性质不同的聚合物链段连在一起制备而成的一种特殊聚合物，不同嵌段间的热力学不相容使它们有分离的驱动力，化学键连接又使之形成有限尺寸的有序结构，包括柱状和层状等。正是由于嵌段共聚物优秀的自组装能力，它已经被用在仿制螺旋等生物结构。中国台湾的学者-何荣铭课题组通过PS-b-PLLA的合成成功制备了单螺旋结构；美国麻省大学通过酒石酸手性小分子的诱导组装，实现了手性转移，成功制备了旋向可以控制的嵌段共聚物/酒石酸单螺旋结构。在双螺旋结构的发展中，早在1995年就报道了用ABC类型的三嵌段共聚物控制形成双螺旋形貌，但后来人们通过三维电镜证实该材料内左旋和右旋结构同时存在，且数量几乎相同，双螺旋的旋向并不可以控制。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种旋向可控的双螺旋结构嵌段共聚物/纳米粒子复合材料及其制备方法。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：一种双螺旋结构嵌段共聚物/纳米粒子复合材料，该复合材料包括呈双螺旋结构的螺旋柱、连接在相邻螺旋柱之间的连接相以及负载在螺旋柱内部的纳米金颗粒，所述螺旋柱为PEO相，所述连接相为PBD相。

所述的PBD的分子量为20～22k，所述PEO的分子量为5.5～6.2k，所述金纳米颗粒的粒径为2～5nm。此分子量嵌段共聚物可以相分离成柱状形貌，通过酒石酸的诱导形成手性可控双螺旋形貌。

一种如上所述双螺旋结构嵌段共聚物/纳米粒子复合材料的制备，包括以下几个步骤：

(1)将市售的嵌段共聚物PBD-b-PEO溶于四氢呋喃中，加入酒石酸，搅拌、过滤，酒石酸与PEO通过氢键结合，然后涂膜在基板上，通过退火微相分离，酒石酸诱导PBD-b-PEO形成手性双螺旋结构薄膜。酒石酸是手性小分子，所以PBD-b-PEO形成的螺旋形貌是酒石酸的对映异构体，进而实现双螺旋旋向可控；

(2)溴化锂可以破坏PEO与酒石酸的氢键，将溴化锂溶于极性溶剂中，将步骤(1)所得薄膜放入、浸泡，除掉酒石酸，在原酒石酸位置可形成孔道，即得到手性多孔薄膜。将薄膜取出投入乙醇中浸泡，洗掉残余溴化锂，取出后干燥；

(3)将纳米金颗粒分散于乙醇，然后将步骤(2)所得手性多孔薄膜投入，金纳米颗粒会通过氢键作用进入手性孔道，将乙醇全部挥发，然后再将薄膜投入乙醇中浸泡，洗掉没有进入孔道的多余金颗粒，取出后干燥，即得所述双螺旋结构嵌段共聚物/纳米粒子复合材料。

所述嵌段共聚物PBD-b-PEO溶于四氢呋喃后形成的溶液浓度为10～30mg/mL，所述酒石酸与嵌段共聚物PBD-b-PEO的质量比为(0.1～0.25)：1。

步骤(1)中所述搅拌时间为2～24h，过滤采用PVDF滤头。

所述基板包括玻璃片、石英片或硅片，涂膜的方式包括旋涂或滴涂。

步骤(1)中所述退火的方式包括热退火或溶剂退火，退火的时间为1.5～3天。