頂刊動態｜Nature子刊/JACS/Biomacromolecules等高分子材料學術進展匯總【160608期】

1、Nature Communications：熒光顯微鏡可替代電子顯微鏡用于觀察有機-無機復合材料的微尺度分散性

圖1 聚氯乙烯/蒙脫土復合物中的有機改性蒙脫土的宏觀彌散特征

無機分散性對提高有機-無機復合材料的性能、促進其實際應用具有十分重要的意義。目前，電子顯微鏡是觀察無機填料分散性最傳統的方法，且需要由專業的技術人員制備有機-無機復合材料的納米級超薄切片。然而，使用高對比度的熒光成像方法，實現對有機-無機復合材料中無機填料的宏觀彌散特征的可視化成像卻一直受到阻礙。

近日，北京化工大學呂超教授和香港科大唐本忠院士等人設計并合成了一種獨特的熒光表面活性劑，它兼具聚集誘導發光特性（AIE）和雙親性，可以對聚合物基體中的蒙脫土和層狀滑石填料的粗粒分散體進行成像。該熒光成像具有電子顯微成像所不具備的許多優點，這為有機-無機復合材料中無機填料宏觀彌散特征的直接三維觀測提供了一個新的途徑。

文獻鏈接：Fluorescence microscopy as an alternative to electron microscopy for microscale dispersion evaluation of organic–inorganic composites（Nature Communications, 2016, DOI: 10.1038/ncomms11811）

2、JACS：多孔共軛聚合物的合理設計及殘留鈀在光催化制氫中的作用

圖2 (a) PCP5-7光催化劑的單體結構和合成反應. (b) PCP4e和PCP5-7的光催化產氫效率

開發高效的光催化劑來分解水制氫是太陽能轉換領域的重大挑戰之一。

近日，來自美國芝加哥大學的Luping Yu等人設計合成了一種可用于光催化分解水制氫的多孔共軛聚合物（PCP）。該設計采用共軛聚合物成分，模擬自然光合系統來捕獲光子和過渡金屬，以促進催化活性。研究人員合成了一系列具有光捕獲生色分子和過渡金屬聯吡啶（bpy）位點的PCPs。這些含bpy的PCPs的光催化活性得到了大大提高，其最大產氫速率可達~ 33μmol/h。結果表明，強電子施主和弱電子受主共聚到同一高分子鏈是開發高效光催化劑的可行策略。該研究還表明，PCP網絡中的殘留鈀對提高催化活性起到了關鍵的作用。加入2 wt%的鉑催化劑后，PCP光催化劑的制氫活性可進一步提高到164 μmol/h，350nm時的表觀量子產量可達1.8%。

文獻鏈接：Rational Design of Porous Conjugated Polymers and Roles of Residual Palladium for Photocatalytic Hydrogen Production (JACS, 2016, DOI: 10.1021/jacs.6b03472）

3、Biomacromolecules：彈性蛋白基橡膠狀水凝膠

圖3 類彈性蛋白多肽鏈的化學結構及水凝膠的熱可逆溶脹

具有良好化學、生物和機械特性的水凝膠材料在包括生物醫學在內的各個領域中應用廣泛，特別是在那些需要大幅度可重復變形的實際應用領域。然而，傳統的水凝膠由于交聯網絡的不均勻性而缺乏足夠的強度和彈性。

近日，來自美國加州大學伯克利分校的Malav S. Desai等人，采用天然彈性蛋白衍生序列和基因工程方法，開發了一種彈性蛋白基橡膠狀水凝膠，可用來合成精確控制的類彈性蛋白多肽。該水凝膠材料的應變率高達1500%，即使在600%應變時仍可保持高度彈性且有高達94%的彈性回復率，這明顯超過任何其他的蛋白質基水凝膠。該橡膠狀水凝膠材料可用于在骨骼、心肌、血管、真皮等可再生病變組織中構建具有超高強度的組織支架。

文獻鏈接：Elastin-based rubber-like hydrogels（Biomacromolecules, 2016, DOI: 10.1021/acs.biomac.6b00515）

4、Biomacromolecules: 蛋白質聚合物纖維在納米球上的生長機理

圖4 蛋白質纖維在納米球上的生長情況

靶向藥物在血管中流動時需要外表涂層的保護，通常人們使用聚氧化乙烯（PEO）作為生物惰性涂層。然而，有最新證據表明，PEO的生物惰性存在一定的時間限制。因此，利用蛋白質合成免疫膠囊是個不錯的發展方向。

來自瓦格寧根大學的Thao T.H. Pham等人對在聚醚納米球上生物合成蛋白質聚合物的模版纖維生長過程進行了研究。研究人員發現，該蛋白質的中央具有含谷氨酸殘基和膠原狀端炔的絲狀結構。蛋白質首先在溶液中成核，細小的蛋白質纖維吸附到納米球上。由于納米球可在蛋白質纖維生長的早期階段將其吸附，因而可由此區分出纖維的成核速率和生長速率。這一成果打開了利用蛋白質聚合物制備蛋白質納米膠囊的大門。

文獻鏈接：Nanoparticle-templated formation and growth mechanism of curved protein polymer fibrils （Biomacromolecules， 2016， DOI: 10.1021/acs.biomac.6b00486）

5、Macromolecules: 新型混合星形嵌段共聚物的合成

圖5 八臂星形共聚物POSS的合成路線示意圖

刺激響應性水凝膠，在響應外部的物理或化學刺激時，因其表現出可逆的體積相轉變或溶膠凝膠相轉變，以及其在生物醫學和生物技術應用的潛力而受到眾多學者的廣泛關注。

新加坡國立大學的Xin Zhou等人利用可逆加成-斷裂鏈轉移聚合（RAFT）合成了一種新型的熱凝膠化多面體低聚倍半硅氧烷星型嵌段共聚物。研究人員發現，聚乙烯醇的加入不僅可以改變低聚倍半硅氧烷的流變行為和增強對水凝膠的熱敏性，還能抵消原聚合物分子間的相互作用的影響。

文獻鏈接：Hybrid Starlike Block Copolymer POSS–(PDMAEMA-b-PNIPAm)8: Thermal Gelation and Its Blends with Poly(vinyl alcohol)（Macromolecules，2016，DOI: 10.1021/acs.macromol.6b00534）

6、Macromolecules:蒸發誘導嵌段共聚物膜的表面結構不對稱演化的原位研究

圖6 原位GISAXS實驗裝置示意圖

在過去十年間，自組裝嵌段共聚物因其可提高納米多孔分離膜的性能而受到人們的廣泛關注。整體不對稱薄膜通過與自組裝和非溶劑相分離嵌段共聚物結合，會形成具有特殊的梯度結構。

康奈爾大學的Yibei Gu等人對蒸發誘導嵌段共聚物膜的表面結構不對稱演化行為進行研究。研究人員發現，膜表面結構在很短的蒸發時間內幾經變化，從無序結構到有序結構再到無定形結構。了解非對稱嵌段共聚物膜形成過程中的結構演變，可使得基于自組裝與非溶劑誘導相分離的非對稱嵌段共聚物超濾膜的性能得到進一步優化。

文獻鏈接：In Situ Study of Evaporation-Induced Surface Structure Evolution in Asymmetric Triblock Terpolymer Membranes (Macromolecules, 2016, DOI:10.1021/acs.macromol.6b00265)

本期文獻匯總由材料人高分子材料學習小組成員Sea和xiiluu 供稿，材料牛編輯整理。

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