顶刊动态｜Nature子刊/JACS/Biomacromolecules等高分子材料学术进展汇总【160608期】

1、Nature Communications：荧光显微镜可替代电子显微镜用于观察有机-无机复合材料的微尺度分散性

图1 聚氯乙烯/蒙脱土复合物中的有机改性蒙脱土的宏观弥散特征

无机分散性对提高有机-无机复合材料的性能、促进其实际应用具有十分重要的意义。目前，电子显微镜是观察无机填料分散性最传统的方法，且需要由专业的技术人员制备有机-无机复合材料的纳米级超薄切片。然而，使用高对比度的荧光成像方法，实现对有机-无机复合材料中无机填料的宏观弥散特征的可视化成像却一直受到阻碍。

近日，北京化工大学吕超教授和香港科大唐本忠院士等人设计并合成了一种独特的荧光表面活性剂，它兼具聚集诱导发光特性（AIE）和双亲性，可以对聚合物基体中的蒙脱土和层状滑石填料的粗粒分散体进行成像。该荧光成像具有电子显微成像所不具备的许多优点，这为有机-无机复合材料中无机填料宏观弥散特征的直接三维观测提供了一个新的途径。

文献链接：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：多孔共轭聚合物的合理设计及残留钯在光催化制氢中的作用

图2 (a) PCP5-7光催化剂的单体结构和合成反应. (b) PCP4e和PCP5-7的光催化产氢效率

开发高效的光催化剂来分解水制氢是太阳能转换领域的重大挑战之一。

近日，来自美国芝加哥大学的Luping Yu等人设计合成了一种可用于光催化分解水制氢的多孔共轭聚合物（PCP）。该设计采用共轭聚合物成分，模拟自然光合系统来捕获光子和过渡金属，以促进催化活性。研究人员合成了一系列具有光捕获生色分子和过渡金属联吡啶（bpy）位点的PCPs。这些含bpy的PCPs的光催化活性得到了大大提高，其最大产氢速率可达~ 33µmol/h。结果表明，强电子施主和弱电子受主共聚到同一高分子链是开发高效光催化剂的可行策略。该研究还表明，PCP网络中的残留钯对提高催化活性起到了关键的作用。加入2 wt%的铂催化剂后，PCP光催化剂的制氢活性可进一步提高到164 µmol/h，350nm时的表观量子产量可达1.8%。

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

3、Biomacromolecules：弹性蛋白基橡胶状水凝胶

图3 类弹性蛋白多肽链的化学结构及水凝胶的热可逆溶胀

具有良好化学、生物和机械特性的水凝胶材料在包括生物医学在内的各个领域中应用广泛，特别是在那些需要大幅度可重复变形的实际应用领域。然而，传统的水凝胶由于交联网络的不均匀性而缺乏足够的强度和弹性。

近日，来自美国加州大学伯克利分校的Malav S. Desai等人，采用天然弹性蛋白衍生序列和基因工程方法，开发了一种弹性蛋白基橡胶状水凝胶，可用来合成精确控制的类弹性蛋白多肽。该水凝胶材料的应变率高达1500%，即使在600%应变时仍可保持高度弹性且有高达94%的弹性回复率，这明显超过任何其他的蛋白质基水凝胶。该橡胶状水凝胶材料可用于在骨骼、心肌、血管、真皮等可再生病变组织中构建具有超高强度的组织支架。

文献链接：Elastin-based rubber-like hydrogels（Biomacromolecules, 2016, DOI: 10.1021/acs.biomac.6b00515）

4、Biomacromolecules: 蛋白质聚合物纤维在纳米球上的生长机理

图4 蛋白质纤维在纳米球上的生长情况

靶向药物在血管中流动时需要外表涂层的保护，通常人们使用聚氧化乙烯（PEO）作为生物惰性涂层。然而，有最新证据表明，PEO的生物惰性存在一定的时间限制。因此，利用蛋白质合成免疫胶囊是个不错的发展方向。

来自瓦格宁根大学的Thao T.H. Pham等人对在聚醚纳米球上生物合成蛋白质聚合物的模版纤维生长过程进行了研究。研究人员发现，该蛋白质的中央具有含谷氨酸残基和胶原状端炔的丝状结构。蛋白质首先在溶液中成核，细小的蛋白质纤维吸附到纳米球上。由于纳米球可在蛋白质纤维生长的早期阶段将其吸附，因而可由此区分出纤维的成核速率和生长速率。这一成果打开了利用蛋白质聚合物制备蛋白质纳米胶囊的大门。

文献链接：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

图5 八臂星形共聚物POSS的合成路线示意图

刺激响应性水凝胶，在响应外部的物理或化学刺激时，因其表现出可逆的体积相转变或溶胶凝胶相转变，以及其在生物医学和生物技术应用的潜力而受到众多学者的广泛关注。

新加坡国立大学的Xin Zhou等人利用可逆加成-断裂链转移聚合（RAFT）合成了一种新型的热凝胶化多面体低聚倍半硅氧烷星型嵌段共聚物。研究人员发现，聚乙烯醇的加入不仅可以改变低聚倍半硅氧烷的流变行为和增强对水凝胶的热敏性，还能抵消原聚合物分子间的相互作用的影响。

文献链接：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:蒸发诱导嵌段共聚物膜的表面结构不对称演化的原位研究

图6 原位GISAXS实验装置示意图

在过去十年间，自组装嵌段共聚物因其可提高纳米多孔分离膜的性能而受到人们的广泛关注。整体不对称薄膜通过与自组装和非溶剂相分离嵌段共聚物结合，会形成具有特殊的梯度结构。

康奈尔大学的Yibei Gu等人对蒸发诱导嵌段共聚物膜的表面结构不对称演化行为进行研究。研究人员发现，膜表面结构在很短的蒸发时间内几经变化，从无序结构到有序结构再到无定形结构。了解非对称嵌段共聚物膜形成过程中的结构演变，可使得基于自组装与非溶剂诱导相分离的非对称嵌段共聚物超滤膜的性能得到进一步优化。

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

本期文献汇总由材料人高分子材料学习小组成员Sea和xiiluu 供稿，材料牛编辑整理。

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