聚合物溶液中小分子的传输性能得到改善

《Soft Matter》：Enhanced transport behavior of small molecules in polymer solutions

甲基化小分子罗丹明6G在聚烯烃氧化物水溶液中扩散速率高于非甲基化分子6-HEX，尤其在稀溶液向半稀溶液过渡区表现显著。实验结合荧光相关光谱与分子动力学模拟，发现疏水性程度影响分子粘附性：6-HEX因亲水性更易粘附于聚合物链，而R6G疏水性使其更易通过低密度区域，揭示溶液浓度影响分子扩散机制。

　　

在拥挤的聚合物或生物系统中，小分子的传输是一个复杂的过程，对药物输送、成像、示踪剂扩散以及其他生物过程有着广泛的影响。在这项研究中，我们观察到一个有趣的现象：一种甲基化的小分子罗丹明6G（R6G）在水中的聚氧化乙烯溶液中比一种大小相似的未甲基化分子（6-HEX）扩散得更快，并且在从稀溶液向半稀溶液转变的过程中，其扩散性显著增强。常用的通用标度模型无法解释这种现象。实验中的扩散性测量是通过荧光相关光谱技术进行的，同时我们还进行了全原子分子动力学模拟来估算理论扩散性。我们发现，染料分子的疏水性程度直接影响了其表现出的非粘附行为。通过实验和模拟的结果表明，亲水性的染料（6-HEX）对聚合物链有更强的亲和力（即更倾向于粘附在聚合物链上），并随聚合物链一起运动。模拟结果显示，在聚合物的回转半径尺度上，存在两种相互关联的局部区域：富含聚合物的区域和贫含聚合物的区域。此外，在从稀溶液向半稀溶液转变的过程中，富含聚合物区域的体积分数减少，从而导致贫含聚合物区域的体积分数增加。我们发现，甲基化的疏水性染料与聚合物的相互作用较弱，因此能够更容易地穿过低密度区域，从而增强了其扩散性。这项研究有助于理解小分子在稀溶液和半稀聚合物溶液中的传输行为，并有助于确定非粘附性分子在何种浓度范围内能够表现出增强的传输性能。