一种采用非辐射能量转移技术实时检测流场中接枝在表面的高分子链构象的方法技术

本发明专利技术的目的是提供一种获取粒子表面高分子在流场中的构象信息的方法，该方法利用高分子链上荧光基团对的非辐射荧光能量转移，实现剪切场中接枝在粒子表面的高分子链的构象的实时检测，检测精度可以达级。通过本方法，可以得出不同分子量、不同接枝率的纳米粒子表面高分子链构象随剪切速率变化的一般规律，从而在要求纳米粒子表面的高分子链在特定剪切速率中维持特定构象的场景中，根据所得的规律确定目标纳米粒子表面接枝的高分子的链长、接枝密度等参数，为实现精确纳米制造提供保障。为实现精确纳米制造提供保障。为实现精确纳米制造提供保障。

【技术实现步骤摘要】
一种采用非辐射能量转移技术实时检测流场中接枝在表面的高分子链构象的方法


[0001]本专利技术方法属于高分子物理及高分子加工基础研究领域，适用于接枝在粒子表面的高分子链在剪切流场中的构象的实时测量。

技术介绍

[0002]向纳米粒子表面接枝高分子链，是改善纳米粒子在基体中的相容性和分散性的常用方法。表面接枝了高分子链的纳米粒子复合材料既可作为分散相增强复合材料的机械性能，也可单独使用，实现刺激响应、靶向给药等特殊功能。加工和应用中的纳米粒子往往处于流场环境。以处于剪切场中的表面接枝了高分子链的纳米粒子为例，随剪切速率的改变，粒子表面的高分子链构象发生变化，既可能向靠近粒子表面塌缩，也可能向远离粒子表面舒张。这种表面高分子链的构象变化对纳米材料性能影响巨大。《Soft Matter》杂志指出，利用剪切速率变化引起的纳米粒子表面高分子链的构象转变，有望实现剪切响应药物释放、剪切诱导自组装、剪切改善材料分散性和相容性等功能。
[0003]已有的报道中，在设计纳米粒子表面接枝高分子链的链长及接枝密度时，仅通过少量制备实验，得到不同链长和接枝密度的材料，根据材料性能选取较优的链长和接枝密度参数。很显然这类尝试性的方法无法满足大规模纳米制造根据具体的加工或应用需求，如，特定的剪切速率下保持特定的构象，对纳米粒子表面接枝的高分子进行精确设计的要求。因此需要对剪切场中接枝于纳米粒子表面的高分子的构象进行实时检测，探究粒子表面的高分子链动力学行为随剪切速率的变化规律，这不仅在高分子物理基础研究领域具有重要的研究意义，还为推动纳米制造的进步提供支持，在高分子加工领域也具有很大应用价值。
[0004]已有研究通过模拟计算推导出，剪切流场会造成线性链高分子被挤压收缩。相关文章也指出，在一定的剪切速率范围内，线性链会随剪切速率提高而呈现相对稳定构象；然而，在实验上还缺少可以实时检测剪切场中接枝于纳米粒子表面的高分子构象变化的方法。
[0005]现有技术面临如下挑战：首先是检测方法尺度的限制。接枝在纳米粒子表面的高分子尺寸非常小，以分子量1万的聚苯乙烯链为例，其均方末端距仅为10纳米，由剪切引起的均方末端距的变化更小，仅为亚纳米量级。普通光学显微镜的极限分辨率为200纳米，无法直接观测粒子表面高分子链尺寸。其次是对处于流场中的接枝于纳米粒子的高分子链进行原位检测的挑战，动态光散射技术、电子显微镜技术可用于观察处于静态的表面接枝高分子链的纳米粒子的粒径尺寸，但无法测量剪切流场中接枝于纳米粒子表面的高分子链构象随时间变化；而专利技术(申请公布号CN105699344A、CN111337469B、CN106645070A)开发的高分子显微流变光谱仪虽然实现了实时获取剪切场中单个自由高分子链的光谱信息，但由于对体系极稀浓度的要求，不适用于表面接枝了多条高分子链的纳米粒子。
[0006]综上，由于表面观测、原位检测、分子链尺度的限制，目前行业内缺少一种方法，能
够实现在剪切流场中实时检测接枝在粒子表面的高分子链构象变化。

技术实现思路

[0007]本专利技术的目的是提供一种获取粒子表面高分子在流场中的构象信息的方法，该方法利用高分子链上荧光基团对的非辐射荧光能量转移，实现剪切场中接枝在粒子表面的高分子链的构象的实时检测，检测精度可以达级。通过本方法，可以得出不同分子量、不同接枝率的纳米粒子表面高分子链构象随剪切速率变化的一般规律，为实现精确纳米制造提供保障。例如，对于要求纳米粒子表面的高分子链在给定剪切速率范围内维持能够特定构象的精确纳米制造需求，可根据本专利技术提供的粒子表面高分子在不同流场中的构象变化信息规律，确定目标纳米粒子表面接枝的高分子的链长、接枝密度等参数。本专利技术的另一个目的是还提供了一种通过直接采用自由高分子链的构象变化检测数据对接枝在纳米粒子表面的高分子链的构象变化进行预测的方法，该预测方法的准确率与真实值相比误差很小，具有准确性高、能够大幅缩减实验量的优势。
[0008]为实现上述目的，本专利技术采取以下步骤：
[0009]一种采用非辐射能量转移技术实时检测流场中接枝在表面的高分子链构象的方法，包括如下步骤：
[0010]步骤1，在高分子链的两端分别键合荧光受体基团和荧光供体基团，再将高分子链的一端接枝于纳米粒子的表面；
[0011]步骤2，将步骤1中获得的接枝了纳米粒子的高分子链分散于溶剂中，施加剪切力，并通过荧光光谱仪向分散液发射激发光，通过接收器对荧光发射光谱进行接收，通过荧光受体基团和荧光供体基团特征峰强的比值变化反映接枝在纳米粒子表面的高分子链的链末端距随剪切速率变化趋势。
[0012]所述的步骤2中，接枝了纳米粒子的高分子链在溶剂中的浓度范围为0.001
‑
0.05g/L。
[0013]所述的步骤2中，荧光光谱仪的激发光光源和接收器之间的夹角范围60
°‑
120
°
。
[0014]所述的步骤2中，所述的激发波长范围为190
‑
1100nm。
[0015]所述的步骤2中，剪切速率范围0
‑
104s
‑1。
[0016]所述的步骤2中，将高分子链分散于溶剂后，加入至石英比色皿中，并通过置于石英比色皿中的石英转子的转动进行剪切，激发光源和检测器分别位于石英比色皿的外部，并呈一定角度。
[0017]在激发光源和石英比色皿之间还设有激发单色器和偏振片。
[0018]在检测器和石英比色皿之间还设有荧光单色器和偏振片。
[0019]所述的步骤1中，高分子链的分子量范围103‑
106g/mol。
[0020]所述的步骤1中，纳米粒子可以是无机氧化物、金属、类石墨烯等材料。
[0021]所述的步骤1中，包括如下步骤：
[0022]步骤1
‑
1，合成带有荧光基团的引发剂：通过取代反应将卤原子引入荧光分子中，后得到带有荧光基团的有机卤化物引发剂；
[0023]步骤1
‑
2，合成所需分子量的端基为荧光基团的高分子链：将带有荧光基团的引发剂、配体、催化剂、单体混合，在惰性气体中进行活性聚合，反应一段时间后加入反应终止
剂，析出高分子并洗涤，得到单分散的所需分子量的端基为荧光基团的高分子链；
[0024]步骤1
‑
3，在端基为荧光基团的高分子链的另一端接入叠氮基团：端基为荧光基团的高分子与叠氮化钠加入有机溶剂中，在惰性气体中进行反应，产物加入甲醇中析出并洗涤，得到一端为荧光基团、另一端为叠氮基团的高分子链；
[0025]步骤1
‑
4，通过化学反应，将能与荧光基团形成非辐射能量转移的另一荧光基团引入炔基改性的偶联剂；两种荧光基团分别选自荧光供体基团、荧光受体基团中的一种，且相互之间不同。
[0026]步骤1
‑
5，将偶联剂接入高分子链：将前述末端叠氮化的高分子链通过点击化学反应与前述炔基改性的偶本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种采用非辐射能量转移技术实时检测流场中接枝在纳米粒子表面的高分子链构象的方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤1，在高分子链的两端分别键合荧光受体基团和荧光供体基团，再将高分子链的一端接枝于纳米粒子的表面；步骤2，将步骤1中获得的接枝了高分子链的纳米粒子分散于溶剂中，施加剪切，并通过荧光光谱仪向分散液发射激发光，通过接收器对荧光发射光谱进行接收，通过荧光受体基团和荧光供体基团特征峰强的比值变化反映接枝在纳米粒子表面的高分子链的链末端距随剪切速率变化趋势。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的步骤2中，接枝于纳米粒子表面的高分子链在溶剂中的浓度为0.001
‑
0.05g/L。3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的步骤2中，荧光光谱仪的激发光光源和接收器之间的夹角范围为60
‑
120
°
。4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的步骤2中，所述的激发波长范围为190
‑
1100nm。所述的步骤2中，剪切速率范围为0
‑
104s
‑1。5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的步骤2中，将高分子链分散于溶剂后，加入至石英比色皿中，并通过置于石英比色皿中的石英转子的转动进行剪切，激发光源和检测器分别位于石英比色皿的外部，并呈一定角度。6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在激发光源和石英比色皿之间还设有激发单色器和偏振片，在检测器和石英比色皿之间还设有荧光单色器和偏振片。7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的步骤1中，高分子链的分子量范围103‑
106g/mol；所述的步骤1中，纳米粒子选自TiO2、SiO2、Al2O3、ZrO2、ZnO、RuO2、Fe2O3、Fe3O4、WO3、SnO2、石墨烯、氧化石墨烯、MXene、MoS2、炭黑、金粉、银粉、铜粉中的一种或几种。8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的步骤1中，包括如下步骤：步骤1
‑
1，合成带有荧光基团的引发剂：通过取代反应将卤原子引入荧光分子中，后得到带有荧光基团的有机卤化物引发剂；步骤1
‑
2，合成所...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈葳，李晓璐，薛奇，周东山，王晓亮，李华正，
申请(专利权)人：南京大学，
类型：发明
国别省市：