东京理科大学理学部第一部应用化学科的大冢英典教授、该大学研究生院理学研究科化学专业的浅田匡彦（研究生，现就职于DIC）等发表研究成果称，通过聚合物胶束的结构分析，发现嵌段共聚物胶束会形成核壳结构，无规共聚物胶束会形成无规线团结构。嵌段共聚物胶束的染料增溶速度比无规共聚物胶束慢，但具有增溶多种染料等优异的染料增溶能力。这一发现有望在药物传递系统（DDS）和颜料分散等领域得到应用。相关研究成果已发表在国际学术期刊《Soft Matter》上。
图：为了阐明染料在胶束中的溶解与其核壳聚集结构之间的关系，对嵌段共聚物和无规共聚物胶束的结构进行了表征。嵌段共聚物胶束具有更高的染料溶解能力，与其核体积、清晰的核壳对比和缓慢的溶解速率有关。（供图：东京理科大学）
由多种单体共聚而成的共聚物按照单体的排列方式可以分类为嵌段共聚物、无规共聚物等。这些聚合物及其胶束已经广泛应用于化学工业、医疗技术等领域。
胶束是由具有亲水性和疏水性两种性质（两亲性）的分子在水中形成的集合体，在水中会形成亲水性基团朝外、疏水性基团朝内的球形或圆形结构。
既往的油墨含有大量挥发性有机化合物，环境负荷高，作为代替的水性油墨和植物性油墨的使用正在研究之中。要想实现这一目标，提高受油墨中聚合物影响的颜料分散性及稳定性被认为是必不可少的。
本次研究中，研究团队为了构建提高颜料分散性的聚合物设计基础，调查了胶束的结构与其染料增溶行为的相关性。他们准备了5种两亲性嵌段聚合物（BL01～05）和4种无规共聚物（RD01～04），并详细研究了由这些共聚物形成的胶束的结构和性质。
结果表明，所有嵌段共聚物（由一种单体连续连接的嵌段末端连续连接着另一种单体的嵌段组成的共聚物所形成的胶束）都会形成界面连续的核壳结构。而无规共聚物（由不同单体在聚合物链中随机排布而成的共聚物所形成的胶束）与嵌段共聚物不同，会形成无规线团结构。
为了确定聚合物胶束内部的极性和临界胶束浓度，研究团队对每种聚合物与芘的混合水溶液进行了荧光测定，结果证实了嵌段共聚物形成的胶束核具有较高的疏水性核壳结构，而无规共聚物会未形成具有明确的核的结构。这表明嵌段共聚物溶解疏水化合物的能力强于无规共聚物。
研究团队还使用紫外可见吸收光谱技术，测量了聚合物水溶液对油性染料的增溶量随时间的变化情况，结果发现，嵌段共聚物的增溶量往往高于无规共聚物。增容速度（达到饱和所需的时间）方面，相对于无规共聚物，嵌段共聚物的增容速度缓慢，其核壳结构被认为阻碍了染料的渗透。
研究发现，胶束尺寸和核尺寸越大，缔合数越多，增溶量也就越高；核壳界面的对比越清晰，其染料增溶速度也就越慢。
大冢教授表示：“低分子表面活性剂形成的胶束动态平衡速度已广为人知，但高分子表面活性剂的稳定性如何？为了解开这个谜团，我们开展了这项研究。我认为，此次获得的研究成果对于以药物传递系统在生物体内的稳定性和微粒分散为基础的工业应用，将会产生重要影响。”
原文：《科学新闻》
翻译：JST客观日本编辑部
【论文信息】
期刊：Soft Matter
论文：Investigating the effect of the micelle structures of block and random copolymers on dye solubilization
DOI:10.1039/D4SM00009A
