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RAFT聚合技术下含碱基聚合物的构建、识别与自组装行为探究

一、引言

1.1研究背景与意义

含碱基聚合物作为一类特殊的高分子材料，在生物医学、材料科学等众多领域展现出了重要的应用价值。在生物医学领域，由于其结构与生物体内的核酸具有一定相似性，含碱基聚合物能够参与生物分子间的特异性相互作用，因此在药物传递系统、基因治疗、生物传感器等方面具有巨大的应用潜力。例如，在药物传递中，通过合理设计含碱基聚合物的结构，可以实现药物的靶向输送，提高药物疗效并降低副作用。在基因治疗领域，含碱基聚合物可作为基因载体，有效地将治疗基因传递到目标细胞中，为攻克遗传性疾病等提供了新的策略。

在材料科学领域，含碱基聚合物独特的分子识别和自组装特性使其成为构建新型功能材料的理想选择。碱基之间通过互补配对形成的氢键作用，赋予了含碱基聚合物精确的分子识别能力，这使得它们能够在纳米尺度上进行有序的自组装，形成具有特定结构和功能的超分子聚集体，如胶束、囊泡、纳米纤维等。这些自组装结构在纳米技术、催化、分离科学等领域具有广泛的应用前景，例如，可用于制备高性能的催化剂载体，提高催化剂的活性和选择性；在分离科学中，可利用含碱基聚合物的分子识别特性实现对特定分子的高效分离和富集。

可逆加成-断裂链转移（RAFT）聚合技术作为一种可控/活性自由基聚合方法，在制备含碱基聚合物方面具有独特的优势。与传统的自由基聚合相比，RAFT聚合能够在温和的反应条件下，对聚合物的分子量、分子量分布以及分子结构进行精确控制。这一特性使得研究人员可以根据实际需求，设计合成具有特定结构和性能的含碱基聚合物，例如嵌段共聚物、接枝共聚物、星型聚合物等。通过精确调控聚合物的结构，可以进一步优化含碱基聚合物的分子识别和自组装行为，拓展其应用范围。此外，RAFT聚合对单体的选择范围广泛，几乎适用于所有能进行自由基聚合的单体，这为合成多样化的含碱基聚合物提供了更多的可能性。

深入研究含碱基聚合物的分子识别与自组装行为，对于全面理解其性能和进一步拓展其应用具有至关重要的意义。分子识别是含碱基聚合物实现其特定功能的基础，通过研究分子识别过程中的相互作用机制，如碱基互补配对的特异性、亲和力以及影响因素等，可以为设计更加高效、精准的分子识别体系提供理论依据。而自组装行为则决定了含碱基聚合物在不同环境下形成的聚集态结构，这些结构与材料的宏观性能密切相关。例如，自组装形成的纳米结构的尺寸、形状和稳定性等因素，会直接影响其在药物传递、催化等应用中的效果。因此，系统地研究含碱基聚合物的分子识别与自组装行为，不仅有助于揭示其内在的物理化学规律，还能够为其在各个领域的实际应用提供坚实的理论基础和技术支持，推动相关领域的发展和创新。

1.2国内外研究现状

在利用RAFT聚合制备含碱基聚合物方面，国内外学者已经开展了大量的研究工作，并取得了一系列重要成果。国外方面，一些研究团队通过RAFT聚合成功合成了具有特定结构的含碱基聚合物，如美国某研究小组利用RAFT聚合制备了含有腺嘌呤和胸腺嘧啶碱基对的嵌段共聚物，通过改变聚合条件和单体比例，精确控制了聚合物的分子量和嵌段长度，研究发现该聚合物在水溶液中能够通过碱基互补配对形成稳定的超分子结构。欧洲的科研人员则致力于开发新型的RAFT试剂，用于含碱基聚合物的合成，他们通过对RAFT试剂结构的优化，提高了聚合反应的可控性和效率，成功制备出了具有窄分子量分布的含碱基聚合物。

国内的研究也取得了显著进展。北京化工大学汤华燊教授和冯岸超副教授课题组通过化学方法改性传统碱基，将具有反应活性的羟基接在碱基上，然后与RAFT试剂DTTCP发生酯化反应，合成含有碱基的RAFT试剂，用其引发OEGMA和BMA单体聚合得到四种不同的两亲性嵌段共聚物。研究发现，当碱基官能团修饰在亲水链段末端时，碱基胶束与体系中自由分散的对应碱基可以发生氢键相互作用；而当碱基官能团修饰在疏水链段末端时，则没有碱基配对行为。此外，他们还发现温度变化可以调控碱基配对行为，为药物释放、基因治疗等方面的研究提供了新思路。

在含碱基聚合物分子识别与自组装行为的研究方面，国内外同样取得了丰硕的成果。国外研究人员通过多种实验技术和理论计算，深入研究了含碱基聚合物分子识别过程中的热力学和动力学特性，揭示了碱基互补配对的能量变化和反应速率等关键信息。在自组装行为研究中，利用冷冻电镜、小角X射线散射等先进技术，对含碱基聚合物自组装形成的纳米结构进行了详细的表征，明确了自组装结构与聚合物结构、溶液环境等因素之间的关系。

国内学者在这方面也做出了重要贡献。安徽农业大学生物质分子工程中心汪钟凯教授和华赞副教授与中国科学技术大学刘光明教授合作，将核酸碱基互补氢键相互作用引入到长链