［本站讯］近日，山东大学于伟泳教授团队在国际学术期刊 J. Am. Chem. Soc.（JACS）发表题为“Ultrafast Aqueous Photoinduced Electron/Energy Transfer Reversible Addition–Fragmentation Chain Transfer Polymerization-Induced Self-Assembly: Wavelength-Dependent Morphologies and Scalable Nanoparticle Preparation”的研究论文，通讯作者为澳大利亚新南威尔士大学Cyrille Boyer和于伟泳教授，论文第一作者为山东大学化学与化工学院博士后武子龙。
聚合物纳米粒子在药物递送、生物医学及功能材料等领域具有广阔的应用前景。然而，如何实现水相条件下的快速可控聚合、纳米粒子形貌调节及规模化制备，仍是聚合物自组装领域的重要研究课题。本研究通过设计新型黄原酸酯链转移剂，构建了高效的水相光诱导电子/能量转移可逆加成-断裂链转移聚合（PET-RAFT）体系，并将其应用于聚合诱导自组装（photo-PISA），实现了多种聚合物纳米结构的快速制备，揭示了光照波长与纳米组装形貌之间的关联，并进一步实现了20g级聚合物纳米粒子的制备，为光化学制备聚合物纳米材料提供了新的思路。
图1. NXEP链转移剂的分子结构设计及其在PET-RAFT聚合中的作用机制
PET-RAFT聚合利用光催化过程调控自由基的产生，为聚合反应提供了温和、灵活的调控方式。然而，聚合速率、反应效率及规模放大过程中的光传输等因素，仍制约着该技术的进一步应用。针对上述问题，研究团队从链转移剂的分子结构出发，设计并合成了具有2-萘氧基Z基团的新型黄原酸酯链转移剂NXEP，并将其与锌卟啉光催化剂ZnTPPS4-相结合，构建了高效的水相PET-RAFT聚合体系。该体系在橙光照射下即可实现快速聚合，无需预先脱除体系中的溶解氧（图1）。
图2. 橙光驱动photo-PISA制备聚合物纳米粒子及其形貌表征
在建立高效水相PET-RAFT聚合体系的基础上，研究团队进一步将其拓展至photo-PISA，实现聚合反应与纳米粒子自组装的同步进行。通过调节疏水嵌段的目标聚合度及体系固含量，研究人员成功制备了球形胶束、蠕虫状胶束和囊泡等多种聚合物纳米结构。部分体系在光照1 min内即可形成纳米粒子，展现出该方法在快速构筑聚合物纳米结构方面的优势（图2）。
图3. 不同光照波长及反应规模下的聚合性能与聚合物纳米粒子制备结果
研究团队还发现，光照波长与最终形成的纳米组装形貌密切相关。通过分别采用365 nm紫外光、440 nm蓝光和600 nm橙光驱动反应，研究人员观察到不同光照条件下纳米组装体的形貌存在明显差异。透射电子显微镜（TEM）结果显示，橙光条件下形成的囊泡结构更加清晰，而紫外光和蓝光条件下则观察到较多不规则聚集体（图3G–L）。
研究团队进一步考察了不同波长光在聚合物纳米粒子分散体系中的传播行为。随着聚合反应进行，纳米粒子的尺寸和数量不断增加，体系内部的光散射也随之发生变化。相较于蓝光和紫外光，橙光具有更好的穿透能力，有利于在较大反应体积内维持有效光照。这一特性可能改善反应体系内部的光场分布，进而影响聚合反应与纳米组装过程。为评估该方法的规模化制备潜力，研究团队进一步比较了不同光照波长下的聚合表现，并考察了反应体积增大对聚合效率的影响。在此基础上，研究团队将反应体系进一步扩大至100 mL，成功制备了20 g级聚合物纳米粒子，展示了该方法从实验室尺度向较大规模制备拓展的潜力。
该研究建立了一种兼具快速聚合、无需预先脱氧及纳米形貌调节能力的水相PET-RAFT/photo-PISA体系。通过优化链转移剂结构并调节光照波长，研究团队实现了多种聚合物纳米结构的快速制备，揭示了光传输行为与纳米组装形貌之间的关联。该研究为高效、可放大的光化学制备聚合物纳米材料提供了新的技术路径，也为光调控聚合与纳米自组装的进一步发展奠定了基础。
