通过明确界定的核壳结构使胶束更有效地分散染料和药物

胶束是球形分子结构，通常由具有嵌段结构的两亲性分子形成，其中包含亲水性和疏水性部分。这些分子的疏水性尾部聚集在一起形成一个核心，而亲水性头部朝外，形成一个保护壳。这种结构允许胶束将疏水物质包封在其核心内，并将其分散在水基环境中

胶束在肥皂中起作用的一个例子是，它可以捕获污垢和油，使其易于用水冲洗。胶束可以使用具有不同亲水性和疏水性链段的嵌段共聚物或具有亲水性和亲水性链段混合分布的无规共聚物来创建。前者用于制药工业，可以精确控制胶束的性质，但生产起来更复杂、更昂贵，而后者用于染料工业，生产起来更简单、更便宜

东京科技大学（TUS）和DIC公司的Masahiko Asada先生和Hidenori Otsuka教授领导的研究人员正在研究如何使胶束更有效地溶解染料。在《软物质》杂志封面的一项研究中，他们比较了嵌段共聚物和无规共聚物的性能，以确定染料分散的最佳胶束

“使用无规共聚物作为油墨生产的分散剂与其分散性能不足之间存在权衡。我们研究了嵌段共聚物胶束，并将其分散性能与无规共聚物的分散性能进行了比较，以确定充分溶解染料所需的胶束结构，”该研究的主要作者大冢教授说

研究人员使用不同比例的苯乙烯（St）、甲基丙烯酸正丁酯（BMA）和甲基丙烯酸（MA）作为单体合成了各种嵌段共聚物（BL01至BL05）。他们将这些嵌段共聚物与由苯乙烯和甲基丙烯酸或丙烯酸制成的无规共聚物（RD01、RD02、RD03和RD04）的性能进行了比较。将共聚物和无规共聚物以0.5%的浓度分散在水中，并使用小角度X射线散射（SAXS）分析检查胶束结构

SAXS结果表明，由嵌段共聚物形成的胶束具有明确的球形结构，具有清晰的核壳边界。发现无规共聚物的胶束具有更扩散和连续的结构，类似于无规线圈图案，没有明显的核壳边界。由无规共聚物形成的胶束中缺乏清晰的核壳结构，降低了它们保持疏水染料的能力

在临界胶束浓度（CMC）测试中，研究人员通过检测荧光芘探针周围极性的变化来测量胶束形成的浓度。结果表明，嵌段共聚物胶束的极性要低得多，这意味着芘分子在这些胶束的疏水核心内得到了更好的保护

研究人员对测量疏水性橙油SS染料在胶束中的增溶程度进行了类似的观察。发现使用无规共聚物制成的胶束很容易让染料进入。然而，BL01、BL03和BL05阻止了染料渗透到芯中，导致达到饱和的时间更长（2天，而无规共聚物为10小时）

发现具有更大核心体积和更多聚合物分子（更高聚集数）的胶束（BL01、03和05）比较小胶束（BL02、BL04）能容纳或溶解更多染料（每个胶束0.2至2个染料分子）

虽然具有明确核壳结构的较大胶束需要更长的时间才能被染料饱和，但它们可以容纳更多的染料。染料增溶率最高的胶束是BL02。其外壳含有甲基丙烯酸（MA）和甲基丙烯酸丁酯（BMA）的随机混合物，导致核壳和外壳溶剂边界之间存在高度多分散或变化的界面，这使得染料能够快速进入和排出

大冢教授解释说：“嵌段共聚物胶束表现出更高的染料增溶能力，这与它们的核心体积、清晰的核壳对比和缓慢的增溶速率有关。”

这一发现可能会为油墨和染料行业以及制药行业带来更高效、更具成本效益的胶束 More information: Masahiko Asada et al, Investigating the effect of the micelle structures of block and random copolymers on dye solubilization, Soft Matter (2024). DOI: 10.1039/D4SM00009A

Journal information: Soft Matter