RAFT細乳液界面聚合：聚合物納米膠囊制備的創(chuàng)新路徑與機理探索一、引言1.1研究背景與意義隨著納米技術的飛速發(fā)展，聚合物納米膠囊作為一種新型的納米材料，因其獨特的結構和性能，在藥物輸送、催化、傳感器、食品科學等眾多領域展現出了巨大的應用潛力，成為了材料科學領域的研究熱點之一。在藥物輸送領域，聚合物納米膠囊能夠將藥物分子包裹在其內部，實現藥物的靶向輸送和控制釋放。這不僅可以提高藥物的療效，還能降低藥物對正常組織的毒副作用。通過在納米膠囊表面修飾特定的靶向分子，如抗體、多肽等，可以使納米膠囊精準地到達病變部位，實現精準治療。在腫瘤治療中，聚合物納米膠囊可以將化療藥物輸送到腫瘤細胞，提高藥物在腫瘤組織中的濃度，增強治療效果。在催化領域，聚合物納米膠囊可以作為納米反應器，為化學反應提供特殊的微環(huán)境，從而提高催化劑的活性和選擇性。將催化劑負載在納米膠囊內部，能夠有效防止催化劑的團聚和失活，延長催化劑的使用壽命。在傳感器領域，聚合物納米膠囊可以對特定的物質進行選擇性識別和響應，實現對環(huán)境中有害物質的快速檢測和監(jiān)測。通過在納米膠囊表面修飾敏感基團，可以使其對特定的氣體分子、離子等產生響應，從而實現對環(huán)境污染物的檢測。在食品科學領域，聚合物納米膠囊可以用于食品保鮮、營養(yǎng)成分的包埋和釋放等方面，提高食品的品質和安全性。將抗氧化劑、防腐劑等包埋在納米膠囊中，可以延長食品的保質期，保持食品的新鮮度。傳統的聚合物納米膠囊制備方法存在諸多局限性，如制備過程復雜、條件苛刻、成本較高等，這些問題限制了聚合物納米膠囊的大規(guī)模生產和廣泛應用。而可逆加成-斷裂鏈轉移（RAFT）細乳液界面聚合作為一種新興的制備方法，為聚合物納米膠囊的制備提供了新的思路和途徑。RAFT聚合具有適用單體范圍廣、反應條件溫和、聚合過程可控等優(yōu)點，能夠精確控制聚合物的分子量和分子量分布，制備出結構規(guī)整的聚合物。將RAFT聚合與細乳液界面聚合相結合，可以在溫和的條件下高效地制備出具有特定結構和性能的聚合物納米膠囊。通過調節(jié)RAFT試劑的結構和濃度、單體的組成和比例、反應條件等因素，可以實現對納米膠囊的尺寸、形態(tài)、殼層厚度、交聯度等結構參數的精確調控，從而賦予納米膠囊優(yōu)異的性能，滿足不同領域的應用需求。本研究致力于深入探究RAFT細乳液界面聚合制備聚合物納米膠囊的新方法，通過系統研究聚合過程中的各種影響因素，優(yōu)化制備工藝，以期實現對納米膠囊結構和性能的精準調控。這不僅有助于豐富和完善聚合物納米膠囊的制備理論和技術體系，還將為其在藥物輸送、催化、傳感器、食品科學等領域的實際應用提供堅實的理論基礎和技術支持，推動相關領域的發(fā)展和進步。1.2國內外研究現狀在聚合物納米膠囊的制備研究領域，可逆加成-斷裂鏈轉移（RAFT）細乳液界面聚合近年來逐漸成為國內外學者關注的焦點。國外在該領域的研究起步相對較早，取得了一系列具有創(chuàng)新性的成果。例如，一些研究團隊深入探究了RAFT試劑結構對聚合物納米膠囊結構與性能的影響。通過精心設計和合成不同結構的RAFT試劑，實現了對納米膠囊殼層聚合物的分子量、分子量分布以及鏈段結構的精確調控。他們發(fā)現，特定結構的RAFT試劑能夠有效地抑制聚合過程中的鏈終止反應，從而制備出結構更為規(guī)整、性能更加優(yōu)異的聚合物納米膠囊。在藥物輸送應用方面，國外研究人員成功地將具有刺激響應性的聚合物納米膠囊用于藥物的靶向遞送和控制釋放。通過在納米膠囊的殼層引入對溫度、pH值、光等外界刺激敏感的基團，實現了藥物在特定環(huán)境下的精準釋放，顯著提高了藥物的治療效果。國內的科研團隊在RAFT細乳液界面聚合制備聚合物納米膠囊方面也展現出了強勁的研究實力，取得了許多有價值的成果。有研究通過優(yōu)化聚合反應條件，如單體濃度、引發(fā)劑用量、反應溫度和時間等，系統地研究了這些因素對納米膠囊的尺寸、形態(tài)和性能的影響規(guī)律。發(fā)現適當提高單體濃度和引發(fā)劑用量可以加快聚合反應速率，但過高則可能導致納米膠囊的尺寸分布變寬；而通過精確控制反應溫度和時間，則能夠有效地調控納米膠囊的殼層厚度和交聯度。在功能性聚合物納米膠囊的制備方面，國內研究人員開發(fā)了多種具有特殊功能的納米膠囊，如具有熒光特性的納米膠囊用于生物成像和檢測，以及具有抗菌性能的納米膠囊用于食品保鮮和醫(yī)療衛(wèi)生領域。盡管國內外在RAFT細乳液界面聚合制備聚合物納米膠囊方面取得了諸多進展，但當前研究仍存在一些空白與待解決問題。在聚合反應機理的深入研究方面，雖然對RAFT聚合的基本原理有了一定的認識，但對于細乳液界面聚合過程中，RAFT試劑、單體、乳化劑等各組分之間的相互作用機制以及微觀反應動力學的研究還不夠完善，這限制了對聚合過程的精確控制和優(yōu)化。在納米膠囊的大規(guī)模制備技術方面，目前的制備方法大多還處于實驗室研究階段，存在制備過程復雜、生產效率低、成本高等問題，難以滿足工業(yè)化生產的需求。在納米膠囊的應用研究方面，雖然在藥物輸送、催化、傳感器等領域展現出了潛在的應用價值，但在實際應用中，納米膠囊與生物體系的相容性、穩(wěn)定性以及長期安全性等問題還需要進一步深入研究。1.3研究內容與方法1.3.1研究內容本研究聚焦于RAFT細乳液界面聚合制備聚合物納米膠囊，主要涵蓋以下四個關鍵方面：RAFT細乳液界面聚合的反應機理研究：深入剖析RAFT試劑在細乳液界面聚合過程中的作用機制，包括RAFT試劑與單體、引發(fā)劑之間的相互作用，以及鏈轉移、鏈增長和鏈終止等基元反應的過程。通過對反應動力學的研究，建立數學模型來描述聚合反應的進程，明確影響聚合反應速率和聚合物結構的關鍵因素，為后續(xù)的工藝優(yōu)化提供堅實的理論基礎。例如，研究不同結構的RAFT試劑對鏈轉移常數的影響，以及鏈轉移常數與聚合物分子量和分子量分布之間的關系。制備工藝的優(yōu)化：系統考察單體種類及配比、RAFT試劑濃度、引發(fā)劑用量、乳化劑種類及用量、反應溫度和時間等因素對聚合物納米膠囊結構和性能的影響。通過單因素實驗和正交實驗等方法，確定各因素的最佳取值范圍，實現對制備工藝的優(yōu)化，從而獲得具有特定結構和性能的聚合物納米膠囊。如探究不同單體配比對納米膠囊殼層硬度和柔韌性的影響，以及乳化劑用量對納米膠囊粒徑分布的影響。納米膠囊結構與性能關系的研究：運用多種表征手段，如透射電子顯微鏡（TEM）、掃描電子顯微鏡（SEM）、動態(tài)光散射（DLS）、核磁共振波譜（NMR）等，對聚合物納米膠囊的結構進行全面表征，包括尺寸、形態(tài)、殼層厚度、交聯度等。同時，研究納米膠囊的性能，如穩(wěn)定性、負載能力、釋放性能等，并建立結構與性能之間的定量關系，為納米膠囊的應用提供理論指導。例如，通過TEM觀察納米膠囊的形態(tài)，DLS測定其粒徑分布，NMR分析殼層聚合物的化學結構，進而研究這些結構參數與納米膠囊穩(wěn)定性和負載能力之間的關系。納米膠囊在藥物輸送領域的應用探索：將制備的聚合物納米膠囊應用于藥物輸送領域，研究其對藥物的包封率、載藥量、體外釋放行為以及在細胞和動物模型中的靶向性和生物相容性。探索通過表面修飾等方法提高納米膠囊的靶向性和藥物釋放的可控性，為其在藥物輸送領域的實際應用提供實驗依據。比如，在納米膠囊表面修飾特定的靶向分子，研究其在細胞模型中的靶向攝取情況，以及在動物模型中的藥物治療效果。1.3.2研究方法為實現上述研究內容，本研究將綜合運用以下多種研究方法：實驗研究法：這是本研究的核心方法。通過精心設計并開展一系列實驗，系統地研究RAFT細乳液界面聚合制備聚合物納米膠囊的過程。在實驗過程中，嚴格控制各實驗變量，如單體、RAFT試劑、引發(fā)劑、乳化劑等的種類和用量，以及反應溫度、時間等條件。采用多種實驗技術和手段，如聚合反應實驗、納米膠囊制備實驗、性能測試實驗等，獲取聚合物納米膠囊的制備條件、結構特征和性能數據。例如，在聚合反應實驗中，精確稱量各反應物的用量，使用高精度的溫度控制設備確保反應溫度的準確性；在納米膠囊制備實驗中，采用特定的乳化方法和聚合工藝，制備出具有不同結構和性能的納米膠囊；在性能測試實驗中，運用各種先進的分析儀器和測試技術，對納米膠囊的結構和性能進行全面、準確的表征。理論分析法：基于高分子化學和物理的基本原理，深入分析RAFT細乳液界面聚合的反應機理。通過對聚合反應過程中各基元反應的速率方程進行推導和分析，建立反應動力學模型，從而深入理解聚合反應的本質和規(guī)律。運用熱力學和動力學原理，探討納米膠囊的形成機制和穩(wěn)定性，為實驗研究提供理論指導。例如，根據自由基聚合的基本原理，推導RAFT細乳液界面聚合的鏈轉移、鏈增長和鏈終止反應的速率方程，通過對這些方程的分析，研究反應條件對聚合反應速率和聚合物結構的影響；運用熱力學原理，分析納米膠囊形成過程中的能量變化，探討納米膠囊的穩(wěn)定性。模擬計算法：借助分子動力學模擬、量子化學計算等模擬計算方法，從微觀層面深入研究RAFT細乳液界面聚合過程中各分子間的相互作用和反應機理。通過模擬計算，預測聚合物納米膠囊的結構和性能，為實驗研究提供參考和指導。例如，運用分子動力學模擬方法，模擬RAFT試劑、單體、乳化劑等分子在細乳液體系中的運動和相互作用，研究納米膠囊的形成過程和結構演變；利用量子化學計算方法，計算RAFT試劑的電子結構和反應活性，為RAFT試劑的設計和選擇提供理論依據。二、RAFT細乳液界面聚合的基本原理2.1RAFT聚合的基本原理2.1.1RAFT試劑的結構與作用可逆加成-斷裂鏈轉移（RAFT）聚合作為活性/可控自由基聚合的重要方法之一，其中RAFT試劑扮演著核心角色。RAFT試劑的化學結構通式通常可表示為Z-C(S)-S-R，由Z基團（活性基團）、二硫代羰基-C(S)-S-以及R基團（離去基團）組成。不同結構的Z基團和R基團賦予了RAFT試劑獨特的性能，進而對聚合反應過程和聚合物的結構與性能產生顯著影響。Z基團主要負責調控Ca??S鍵對自由基加成的反應活性，并控制中間自由基的穩(wěn)定性，這一特性必須與傳播自由基的反應性相匹配。由于其取代基的電子穩(wěn)定性，通常與空間因素耦合，當聚合活性較高的單體（MAMs）時，會產生相對更穩(wěn)定的自由基，因此需要一個能有助于穩(wěn)定中間自由基的Z基團，從而有利于自由基在Ca??S上的加成。所以，在控制MAMs的聚合時，常選用三硫代碳酸酯（Z=S-alkyl）或二硫代苯甲酸酯（Z=Ph）作為鏈轉移劑（CTAs）。例如，在甲基丙烯酸甲酯（MMA）的RAFT聚合中，使用三硫代碳酸酯類RAFT試劑，能夠有效地穩(wěn)定中間自由基，使得聚合反應能夠順利進行，制備出分子量分布較窄的聚甲基丙烯酸甲酯。而對于低活性單體（LAMs），因其高反應活性導致均裂基團較差，它們需要較不穩(wěn)定的中間體自由基，如黃原酸酯（Z=O-alkyl）或二硫代氨基甲酸鹽（Z=N-alkyl），以利于傳播自由基的斷裂，作為更穩(wěn)定的中間體充當自由基匯并限制聚合。在苯乙烯的RAFT聚合中，黃原酸酯類RAFT試劑可以促進傳播和中間片段化，實現對苯乙烯聚合的有效控制。R基團作為RAFT試劑的離去基團，大多數情況下通過碳連接。在RAFT聚合中，RAFT試劑S-R鍵促進活性自由基聚合的能力在很大程度上取決于R基團的離去能力。R基團的離去能力影響著自由基的產生速率，進而影響聚合反應的速率和聚合物的分子量分布。如果R基團的離去能力過強，可能導致自由基產生速率過快，聚合反應難以控制；反之，若離去能力過弱，則會使聚合反應速率過慢。R基團的選擇也會對RAFT試劑的用量產生明顯影響。合理地選擇R基對于更高效地引發(fā)聚合同樣十分重要。當R基團為芐基時，在某些單體的聚合中表現出較好的引發(fā)效果，能夠在合適的用量下實現對聚合反應的有效控制。在RAFT聚合過程中，RAFT試劑對自由基具有可逆加成-斷裂鏈轉移作用。鏈增長自由基P_n由引發(fā)劑引發(fā)并通過鏈增長形成，它們能夠與RAFT試劑發(fā)生可逆反應，形成自由基中間體（該中間體相對穩(wěn)定，不能和單體發(fā)生反應）。自由基中間體可以裂解產生新的自由基R（它可以再次與單體引發(fā)反應）和暫時失活的休眠聚合物，該聚合物的末端含有二硫代羰基結構（ZC(a??S)S），它可以作為鏈轉移劑與其它活性自由基P_m發(fā)生反應，再形成自由基中間體，并進一步分解生成自由基P_n和鏈轉移劑。這些過程都是可逆的，從而可以控制聚合體系中的增長自由基的濃度維持在一個較低的水平。經過足夠的時間進行反應及平衡后，P_m與P_n的分子量趨近于相等，實現了對活性增長過程的控制，因此可以得到分子量分布較窄的聚合物。這種可逆加成-斷裂鏈轉移作用使得RAFT聚合能夠在保持自由基聚合優(yōu)點的同時，實現對聚合物分子量和結構的精確控制，為制備具有特定性能的聚合物材料提供了有力的手段。2.1.2RAFT聚合的反應過程與特點RAFT聚合的反應過程主要包括引發(fā)、增長、轉移和終止等步驟，各步驟相互關聯，共同決定了聚合反應的進程和聚合物的結構與性能。引發(fā)階段是聚合反應的起始步驟，自由基的產生是引發(fā)聚合的關鍵。在RAFT聚合體系中，自由基主要來源于有機自由基引發(fā)劑的分解。這類化合物主要包括偶氮化合物和有機過氧化物，如偶氮二異丁腈（AIBN）或過氧化二苯甲酰（BPO）、過硫酸酸鉀（K_2S_2O_8）等。AIBN是RAFT聚合中常用的引發(fā)劑之一，其在一定溫度下會分解產生自由基，引發(fā)單體進行聚合反應。以AIBN引發(fā)苯乙烯的RAFT聚合為例，AIBN在60-90℃的溫度范圍內分解，產生兩個異丁腈自由基，這些自由基與苯乙烯單體分子碰撞，引發(fā)苯乙烯單體的聚合。除了有機自由基引發(fā)劑分解產生自由基外，還可以通過外加方式引發(fā)，如紫外輻照、γ射線輻照和等離子體引發(fā)等。輻射聚合與傳統的化學引發(fā)劑引發(fā)的聚合相比較，具有操作簡單、可以在常溫下進行、無須加入引發(fā)劑、大大縮短反應時間、可制備高純度聚合物等優(yōu)點。γ射線輻射引發(fā)比紫外線輻射引發(fā)更具優(yōu)越性，已用于商用產品的生產。等離子體也可用于引發(fā)單體進行普通自由基聚合，蘇州大學朱秀林課題組首次報道了等離子體引發(fā)的RAFT聚合，發(fā)現對甲基丙烯酸甲酯（MMA）具有很好的可控性，得到了分子量分布很窄的高分子量聚甲基丙烯酸甲酯，但此法對苯乙烯的可控性較差。此外，單體自身熱引發(fā)也是產生自由基的一種方式，但由于MMA和甲基丙烯酸（MA）單體很難通過自身熱引發(fā)產生自由基，所以熱引發(fā)產生自由基的報道主要集中在苯乙烯上。苯乙烯的熱引發(fā)聚合主要基于Diels-Alder機理，兩個苯乙烯分子在加熱條件下經Diels-Alder反應，產生引發(fā)自由基。增長階段是單體分子不斷加成到活性鏈自由基上，使聚合物鏈不斷增長的過程。在RAFT聚合中，由引發(fā)劑產生的自由基引發(fā)單體形成單體自由基，單體自由基繼續(xù)與單體分子加成，形成增長鏈自由基。隨著反應的進行，增長鏈自由基不斷與單體分子反應，聚合物鏈逐漸增長。在這個過程中，RAFT試劑雖然不直接參與增長反應，但通過其對自由基的可逆加成-斷裂鏈轉移作用，間接影響著增長過程。由于RAFT試劑的存在，使得增長鏈自由基的濃度得到有效控制，從而避免了鏈自由基之間的快速終止反應，保證了聚合反應能夠持續(xù)進行，聚合物鏈能夠有序增長。轉移階段是RAFT聚合的核心步驟之一，體現了其活性/可控聚合的本質特征。鏈增長自由基P_n能夠與RAFT試劑發(fā)生可逆反應，形成自由基中間體。該自由基中間體相對穩(wěn)定，不能和單體發(fā)生反應。自由基中間體可以裂解產生新的自由基R和暫時失活的休眠聚合物，該聚合物的末端含有二硫代羰基結構（ZC(a??S)S），它可以作為鏈轉移劑與其它活性自由基P_m發(fā)生反應，再形成自由基中間體，并進一步分解生成自由基P_n和鏈轉移劑。這些過程都是可逆的，通過這種可逆的鏈轉移反應，實現了對聚合體系中增長自由基濃度的有效控制。在任一時刻，只有少數的聚合物鏈以活性鏈形式存在并進行增長，而大多數自由基轉變?yōu)樾菝叻N。休眠鏈段與活性鏈段通過動態(tài)可逆的反應不斷進行快速的相互切換，使得每條聚合物鏈段的增長幾率大致相等。這種鏈轉移過程使得聚合反應能夠在溫和的條件下進行，并且能夠精確控制聚合物的分子量和分子量分布。終止階段是活性鏈自由基相互作用，使聚合物鏈停止增長的過程。在RAFT聚合中，雖然通過RAFT試劑的作用，鏈終止反應得到了有效抑制，但仍然不可避免地存在一定程度的鏈終止。鏈終止反應主要包括雙基終止，即兩個活性鏈自由基相互結合形成穩(wěn)定的聚合物分子。偶合終止是兩個活性鏈自由基的獨電子相互結合，形成一個新的共價鍵，使兩條鏈連接在一起；歧化終止是一個活性鏈自由基奪取另一個活性鏈自由基上的氫原子，形成一個飽和聚合物分子和一個不飽和聚合物分子。鏈終止反應的發(fā)生會導致聚合物分子量的降低和分子量分布的變寬。在RAFT聚合中，由于RAFT試劑能夠有效地控制自由基濃度，使得鏈終止反應的發(fā)生幾率相對較低，從而能夠制備出分子量分布較窄的聚合物。與傳統自由基聚合相比，RAFT聚合具有顯著的活性/可控聚合特點。在RAFT聚合中，聚合物的分子量與單體濃度和RAFT試劑初始濃度的比值成正比。這意味著可以通過精確控制單體和RAFT試劑的用量，準確地調控聚合物的分子量。通過改變單體與RAFT試劑的比例，可以制備出不同分子量的聚合物，滿足不同應用場景的需求。聚合物分子量隨單體轉化率呈線性增加。在RAFT聚合過程中，隨著單體轉化率的提高，聚合物的分子量也隨之線性增長，這表明聚合反應具有良好的可控性。可以通過監(jiān)測單體轉化率來準確預測聚合物的分子量。RAFT聚合能夠實現對聚合物分子量分布的有效控制，所得聚合物的分子量分布較窄。由于RAFT試劑的可逆鏈轉移作用，使得每條聚合物鏈的增長幾率大致相等，減少了鏈終止和鏈轉移等副反應對分子量分布的影響。通過RAFT聚合制備的聚合物分子量分布指數（PDI）通常可以控制在1.05-1.5之間，而傳統自由基聚合制備的聚合物PDI往往大于2.0。RAFT聚合適用的單體范圍廣泛，不僅適用于苯乙烯、甲基丙烯酸酯類等常用單體，還適用于丙烯酸、苯乙烯磺酸鈉等功能單體。這使得RAFT聚合在制備具有特殊功能的聚合物材料方面具有很大的優(yōu)勢?？梢酝ㄟ^選擇不同的單體，利用RAFT聚合制備出具有不同性能的聚合物，如具有生物相容性、導電性、熒光性等功能的聚合物。RAFT聚合的反應條件相對溫和，可在傳統的自由基聚合條件下進行，適合的反應溫度范圍較寬，一般在40℃-160℃。這使得RAFT聚合在實際應用中具有更高的可行性和靈活性，不需要特殊的設備和苛刻的反應條件。在一些對溫度敏感的體系中，也可以通過調整反應溫度在RAFT聚合的適宜范圍內進行聚合反應。2.2細乳液聚合的特點與成核機理2.2.1細乳液的制備與性質細乳液是一種特殊的乳液體系，其制備過程通常包含預乳化、乳化和細乳化三個關鍵步驟。在預乳化階段，需將乳化劑和助乳化劑充分溶解在單體或水中。乳化劑的選擇至關重要，常見的乳化劑有陰離子型、陽離子型和非離子型乳化劑。陰離子型乳化劑如十二烷基硫酸鈉（SDS），其分子結構中含有親水的磺酸根離子和疏水的烷基鏈，能夠有效地降低油水界面的表面張力。陽離子型乳化劑如十六烷基三甲基溴化銨（CTAB），通過其陽離子基團與帶負電的界面相互作用，實現乳化效果。非離子型乳化劑如聚氧乙烯失水山梨醇脂肪酸酯（Tween系列），則依靠其長鏈的聚氧乙烯基團提供親水性，脂肪酸酯基團提供疏水性，在油水界面形成穩(wěn)定的吸附層。助乳化劑一般為短鏈醇或脂肪酸酯，如十六醇、油酸乙酯等。助乳化劑能夠與乳化劑協同作用，進一步降低油水界面的表面張力，增強乳液的穩(wěn)定性。在乳化階段，將油相（即單體或單體的混合物）加入上述水溶液中，并通過機械攪拌使其充分混合，形成初步的乳液。機械攪拌的強度和時間會影響乳液的均勻性。較強的攪拌強度和較長的攪拌時間可以使油相更均勻地分散在水相中，但過度攪拌可能導致乳液粒子的聚集和破乳。在細乳化階段，利用高強度均化器，如超聲均質器、高壓均質器等，將混合物中的單體分散成直徑范圍在50至500納米之間的微小液滴。超聲均質器通過超聲波的空化作用，使單體液滴在瞬間受到強烈的沖擊力而破碎成微小液滴。高壓均質器則是利用高壓將混合物通過狹窄的縫隙，使單體液滴在高速剪切力的作用下被分散細化。細乳液的液滴尺寸分布和穩(wěn)定性對聚合反應有著深遠的影響。液滴尺寸分布直接關系到聚合產物的性能。較小且均勻的液滴尺寸分布能夠使聚合反應更加均勻地進行，有利于制備出結構規(guī)整、性能均一的聚合物納米膠囊。當液滴尺寸分布較寬時，可能導致聚合反應速率不一致，從而使納米膠囊的結構和性能出現差異。在制備聚合物納米膠囊時，如果液滴尺寸分布不均勻，可能會出現部分納米膠囊殼層厚度不一致的情況，影響其穩(wěn)定性和負載能力。細乳液的穩(wěn)定性是保證聚合反應順利進行的關鍵因素。細乳液屬于熱力學亞穩(wěn)態(tài)體系，容易受到外界因素的影響而發(fā)生聚并、分層等不穩(wěn)定現象。為提高細乳液的穩(wěn)定性，除了選擇合適的乳化劑和助乳化劑外，還可以通過調整體系的pH值、添加電解質等方法來實現。適當調整體系的pH值可以改變乳化劑的電離程度，從而影響其在油水界面的吸附性能和乳液的穩(wěn)定性。添加適量的電解質可以壓縮乳液粒子表面的雙電層，降低粒子之間的靜電斥力，提高乳液的穩(wěn)定性。但電解質的用量需要嚴格控制，過量的電解質可能會導致乳液的破乳。2.2.2細乳液聚合的成核機理在細乳液聚合體系中，存在膠束成核、液滴成核和均相成核等多種成核機理，它們在不同的條件下發(fā)揮著作用。膠束成核是傳統乳液聚合中常見的成核方式。在傳統乳液聚合體系中，乳化劑在水中形成膠束，單體分子在膠束中增溶。當引發(fā)劑分解產生自由基后，自由基進入膠束，引發(fā)膠束內的單體聚合，從而形成聚合物乳膠粒。在細乳液聚合中，由于加入了助乳化劑并采用了微乳化工藝，大部分乳化劑轉移到單體亞微液滴表面，膠束數量大大減少，因此膠束成核的作用相對較弱。但在某些情況下，當乳化劑濃度較高或助乳化劑用量不足時，仍可能會有一定程度的膠束成核發(fā)生。如果乳化劑濃度過高，可能會在體系中形成較多的膠束，這些膠束有可能成為成核中心，參與聚合反應。液滴成核是細乳液聚合的主要成核方式。在細乳液聚合過程中，通過高強度均化器的作用，單體被分散成亞微液滴，這些亞微液滴成為了引發(fā)聚合和粒子成核的主要場所。引發(fā)劑分解產生的自由基直接進入單體亞微液滴，引發(fā)液滴內的單體進行聚合反應。液滴成核的優(yōu)勢在于能夠有效地利用單體亞微液滴的高表面積和高濃度單體環(huán)境，使得聚合反應能夠在相對較小的空間內高效進行。與膠束成核相比，液滴成核能夠形成更大尺寸的聚合物乳膠粒，有利于制備具有特定結構和性能的聚合物納米膠囊。在制備聚合物納米膠囊時，液滴成核可以使單體在亞微液滴內聚合形成殼層，從而包裹內核物質，形成核殼結構的納米膠囊。均相成核是指在水相中，由引發(fā)劑分解產生的自由基引發(fā)單體分子聚合，形成初始的聚合物鏈，這些聚合物鏈在水相中不斷增長和聚集，最終形成聚合物乳膠粒。均相成核的發(fā)生與單體在水中的溶解度、引發(fā)劑的分解速率以及體系的溫度等因素密切相關。當單體在水中的溶解度較高，且引發(fā)劑分解速率較快時，均相成核的可能性會增加。在一些水溶性單體的細乳液聚合中，均相成核可能會成為重要的成核方式之一。但均相成核往往會導致聚合物乳膠粒的尺寸分布較寬，不利于制備結構規(guī)整的聚合物納米膠囊。細乳液聚合中主要的成核方式受到多種因素的影響。乳化劑和助乳化劑的種類和用量對成核方式起著關鍵作用。合適的乳化劑和助乳化劑組合能夠有效地降低油水界面的表面張力，促進單體亞微液滴的形成和穩(wěn)定，從而有利于液滴成核的發(fā)生。如果乳化劑和助乳化劑的選擇不當或用量不合適，可能會導致膠束成核或均相成核的比例增加。引發(fā)劑的種類和用量也會影響成核方式。不同種類的引發(fā)劑具有不同的分解速率和活性，從而影響自由基的產生速率和分布，進而影響成核方式。引發(fā)劑用量過多可能會導致均相成核的比例增加，而引發(fā)劑用量過少則可能使聚合反應速率過慢，影響生產效率。單體的性質，如單體的水溶性、聚合活性等，也會對成核方式產生影響。水溶性較高的單體更容易發(fā)生均相成核，而聚合活性較高的單體可能會使液滴成核的速率加快。2.3RAFT細乳液界面聚合的原理與優(yōu)勢2.3.1界面聚合的過程與原理RAFT細乳液界面聚合是一種將RAFT聚合與細乳液聚合相結合的新型聚合方法，其聚合過程與原理獨特而復雜，涉及雙親大分子RAFT試劑在油水界面的自組裝以及聚合反應在界面上的發(fā)生機制。在RAFT細乳液界面聚合體系中，雙親大分子RAFT試劑起著至關重要的作用。這些雙親大分子RAFT試劑具有特殊的結構，通常包含親水性的頭部和疏水性的尾部。在細乳液體系中，親水性頭部朝向水相，疏水性尾部則朝向油相，從而在油水界面上發(fā)生自組裝。這種自組裝過程是自發(fā)進行的，其驅動力來源于雙親大分子RAFT試劑的兩親性結構與油水界面性質的相互作用。通過自組裝，雙親大分子RAFT試劑在油水界面上形成一層穩(wěn)定的界面膜。這層界面膜不僅能夠降低油水界面的表面張力，增強細乳液的穩(wěn)定性，還為后續(xù)的聚合反應提供了特定的反應場所。例如，當使用含有羧基的雙親性RAFT試劑時，其羧基部分作為親水性頭部，能夠與水相中的水分子形成氫鍵相互作用；而其疏水部分則與油相中的單體分子相互作用，從而在油水界面上有序排列，形成穩(wěn)定的界面膜。聚合反應在油水界面上的發(fā)生機制基于RAFT聚合的基本原理。當引發(fā)劑分解產生自由基后，這些自由基會擴散到油水界面。在界面上，自由基與雙親大分子RAFT試劑發(fā)生可逆加成-斷裂鏈轉移反應。具體來說，鏈增長自由基首先與雙親大分子RAFT試劑的二硫代羰基基團發(fā)生加成反應，形成相對穩(wěn)定的自由基中間體。這個自由基中間體具有獨特的結構，其一端連接著聚合物鏈，另一端連接著RAFT試劑的片段。由于自由基中間體相對穩(wěn)定，它不能直接與單體發(fā)生反應。但是，自由基中間體可以發(fā)生裂解反應，分解產生新的自由基和暫時失活的休眠聚合物。新產生的自由基可以繼續(xù)引發(fā)單體聚合，而休眠聚合物則可以在后續(xù)的反應中與其他活性自由基發(fā)生鏈轉移反應，重新參與聚合過程。這種可逆的加成-斷裂鏈轉移反應不斷進行，使得聚合物鏈在油水界面上逐步增長。隨著聚合反應的進行，單體不斷消耗，聚合物鏈不斷增長，最終在油水界面上形成聚合物納米膠囊。在這個過程中，通過調節(jié)RAFT試劑的結構和濃度、單體的組成和比例、引發(fā)劑的種類和用量以及反應條件等因素，可以實現對聚合反應速率、聚合物分子量和分子量分布以及納米膠囊結構和性能的精確調控。2.3.2與傳統制備方法的對比分析將RAFT細乳液界面聚合與傳統制備方法從聚合過程、產物結構與性能、制備成本等方面進行對比分析，能夠更清晰地展現出RAFT細乳液界面聚合的優(yōu)勢與特點。在聚合過程方面，傳統乳液聚合主要以膠束成核為主。在傳統乳液聚合體系中，乳化劑在水中形成大量膠束，單體分子在膠束中增溶。當引發(fā)劑分解產生自由基后，自由基進入膠束，引發(fā)膠束內的單體聚合，從而形成聚合物乳膠粒。這種成核方式使得聚合反應主要發(fā)生在膠束內部，乳膠粒的形成和增長依賴于膠束的數量和穩(wěn)定性。而細乳液聚合則以液滴成核為主。在細乳液聚合體系中，通過加入助乳化劑并采用微乳化工藝，大部分乳化劑轉移到單體亞微液滴表面，膠束數量大大減少。引發(fā)劑分解產生的自由基直接進入單體亞微液滴，引發(fā)液滴內的單體進行聚合反應。這種成核方式使得聚合反應能夠在相對較小的單體亞微液滴內高效進行，有利于制備出粒徑較小且分布均勻的聚合物乳膠粒。在制備聚合物納米膠囊時，液滴成核可以使單體在亞微液滴內聚合形成殼層，從而包裹內核物質，形成核殼結構的納米膠囊。從產物結構與性能來看，傳統制備方法得到的聚合物納米膠囊在結構和性能上存在一定的局限性。傳統方法制備的納米膠囊可能存在殼層厚度不均勻、交聯度不易控制等問題，這會影響納米膠囊的穩(wěn)定性和負載能力。由于聚合過程難以精確控制，導致納米膠囊的尺寸分布較寬，結構的均一性較差。而RAFT細乳液界面聚合制備的聚合物納米膠囊具有明顯的優(yōu)勢。RAFT聚合的活性/可控特點使得可以精確控制聚合物的分子量和分子量分布，從而制備出結構規(guī)整的聚合物殼層。通過調節(jié)聚合反應條件，可以實現對納米膠囊的尺寸、形態(tài)、殼層厚度、交聯度等結構參數的精確調控?？梢酝ㄟ^控制單體與RAFT試劑的比例來精確控制聚合物殼層的分子量，進而調控納米膠囊的殼層厚度和強度。這樣制備出的納米膠囊具有更好的穩(wěn)定性和負載能力，能夠滿足不同領域的應用需求。在制備成本方面，傳統制備方法往往需要使用大量的乳化劑和復雜的工藝設備，這增加了制備成本。傳統乳液聚合中為了保證乳液的穩(wěn)定性，需要使用較多的乳化劑，而一些高性能的乳化劑價格較高。傳統制備方法可能需要進行多次提純和后處理步驟，進一步增加了成本和時間消耗。相比之下，RAFT細乳液界面聚合在一定程度上可以降低制備成本。由于細乳液聚合所需的乳化劑相對較少，且RAFT聚合可以在相對溫和的條件下進行，不需要特殊的設備和復雜的工藝，減少了設備投資和能源消耗。通過精確控制聚合反應，可以減少副反應的發(fā)生，提高產物的純度和收率，從而降低了生產成本。三、RAFT細乳液界面聚合制備聚合物納米膠囊的實驗研究3.1實驗材料與方法3.1.1實驗原料的選擇與預處理實驗選用甲基丙烯酸甲酯（MMA）作為主要單體，這是因為MMA具有良好的聚合活性，能夠在RAFT細乳液界面聚合體系中高效地參與反應，形成性能優(yōu)良的聚合物納米膠囊殼層。MMA分子中的雙鍵結構使其易于發(fā)生自由基聚合反應，且其聚合產物聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）具有良好的光學性能、機械性能和化學穩(wěn)定性，適合應用于藥物輸送、傳感器等領域。為了進一步改善納米膠囊的性能，引入丙烯酸丁酯（BA）作為共聚單體。BA分子中的長鏈烷基可以增加聚合物的柔韌性和疏水性，與MMA共聚能夠調節(jié)納米膠囊殼層的性能，使其更適合不同的應用需求。在制備用于藥物輸送的納米膠囊時，通過調節(jié)MMA與BA的比例，可以控制納米膠囊殼層的親疏水性，從而影響藥物的包封率和釋放性能。RAFT試劑選用具有特定結構的芐基二硫代苯甲酸酯（BDTB）。BDTB的結構中，芐基作為離去基團，具有較好的離去能力，能夠在RAFT聚合過程中有效地控制自由基的產生速率和鏈轉移反應，從而實現對聚合物分子量和分子量分布的精確控制。二硫代苯甲酸酯部分則能夠穩(wěn)定中間自由基，促進聚合反應的進行。在MMA和BA的RAFT細乳液界面聚合中，BDTB能夠有效地抑制鏈終止反應，制備出分子量分布較窄的共聚物。引發(fā)劑采用偶氮二異丁腈（AIBN）。AIBN在一定溫度下能夠分解產生自由基，引發(fā)單體聚合。其分解溫度通常在60-80℃之間，這與RAFT細乳液界面聚合的反應溫度范圍相匹配。AIBN分解產生的自由基具有較高的活性，能夠快速引發(fā)單體形成單體自由基，從而啟動聚合反應。在本實驗中，選擇AIBN作為引發(fā)劑，能夠保證聚合反應在合適的溫度下快速、有效地進行。乳化劑選用十二烷基硫酸鈉（SDS）和十六醇（CA）的組合。SDS是一種陰離子型乳化劑，具有良好的乳化性能，能夠降低油水界面的表面張力，使單體在水相中形成穩(wěn)定的乳液。CA作為助乳化劑，能夠與SDS協同作用，進一步增強乳液的穩(wěn)定性。CA可以填充在SDS形成的膠束間隙中，增加膠束的穩(wěn)定性，防止乳液粒子的聚并。在細乳液聚合中，SDS和CA的組合能夠有效地促進單體亞微液滴的形成和穩(wěn)定，為聚合反應提供良好的反應場所。在使用前，對各原料進行必要的預處理。MMA和BA需經過減壓蒸餾，以去除其中可能含有的阻聚劑和雜質。阻聚劑的存在會抑制聚合反應的進行，通過減壓蒸餾可以有效地去除這些雜質，提高單體的純度。AIBN需用甲醇重結晶，以去除其中的雜質，保證其引發(fā)活性。雜質的存在可能會影響AIBN的分解速率和自由基的產生，從而影響聚合反應的效果。SDS和CA則需進行干燥處理，以去除其中的水分。水分的存在可能會影響乳化劑的性能，進而影響乳液的穩(wěn)定性和聚合反應的進行。3.1.2實驗儀器與設備實驗用到的主要反應裝置為帶有攪拌器、溫度計和回流冷凝管的四口燒瓶。四口燒瓶為聚合反應提供了反應空間，攪拌器能夠使反應體系中的各組分充分混合，保證反應的均勻性。溫度計用于實時監(jiān)測反應溫度，確保反應在設定的溫度范圍內進行。回流冷凝管則可以防止反應過程中單體和溶劑的揮發(fā)，提高反應的收率。在進行MMA和BA的RAFT細乳液界面聚合時，將單體、乳化劑、RAFT試劑等加入四口燒瓶中，通過攪拌器使其充分混合，然后在設定的溫度下進行聚合反應，利用溫度計和回流冷凝管控制反應條件。檢測儀器方面，采用透射電子顯微鏡（TEM）觀察聚合物納米膠囊的形態(tài)和結構。TEM利用電子束穿透樣品，通過電子與樣品相互作用產生的圖像來觀察樣品的微觀結構。在觀察聚合物納米膠囊時，TEM可以清晰地顯示納米膠囊的核殼結構、粒徑大小和形態(tài)，為研究納米膠囊的結構提供直觀的圖像信息。使用動態(tài)光散射儀（DLS）測定納米膠囊的粒徑及粒徑分布。DLS基于光散射原理，通過測量散射光的強度和頻率變化來確定納米膠囊的粒徑和粒徑分布。它能夠快速、準確地測定納米膠囊在溶液中的粒徑大小和分布情況，為研究納米膠囊的性能提供重要的數據支持。利用核磁共振波譜儀（NMR）分析聚合物的結構。NMR通過測量原子核在磁場中的共振信號，來確定聚合物分子的化學結構和組成。在分析聚合物納米膠囊的殼層聚合物時，NMR可以提供關于聚合物鏈段結構、單體組成比例等信息，有助于深入了解聚合物的結構與性能關系。3.1.3實驗步驟與工藝條件首先進行乳液的配制。在裝有攪拌器的容器中，加入一定量的去離子水，然后依次加入經過預處理的SDS和CA，攪拌使其充分溶解。SDS和CA的用量需根據實驗設計進行精確控制，以保證乳液的穩(wěn)定性。將經過減壓蒸餾的MMA和BA按照一定的比例加入上述溶液中，繼續(xù)攪拌進行預乳化，形成初步的乳液。預乳化的時間和攪拌速度會影響乳液的均勻性，一般預乳化時間為30-60分鐘，攪拌速度為500-1000轉/分鐘。將預乳化后的乳液轉移至高壓均質器中，進行細乳化處理，使單體分散成直徑在50-500納米之間的亞微液滴，得到穩(wěn)定的細乳液。高壓均質器的壓力和處理次數會影響細乳液的液滴尺寸分布，通常壓力控制在50-100MPa，處理次數為2-3次。接著進行聚合反應。將配制好的細乳液轉移至帶有攪拌器、溫度計和回流冷凝管的四口燒瓶中，通入氮氣排除體系中的氧氣。氧氣的存在會抑制聚合反應，通過通入氮氣可以創(chuàng)造一個無氧的反應環(huán)境。加入經過重結晶的AIBN和RAFT試劑BDTB，開啟攪拌器并升溫至設定的反應溫度，一般反應溫度控制在60-80℃。在反應過程中，AIBN分解產生自由基，引發(fā)單體在細乳液液滴內進行RAFT細乳液界面聚合反應。反應時間根據實驗需求進行控制，一般反應時間為6-12小時。最后進行產物的分離與純化。反應結束后，將反應液冷卻至室溫，然后加入適量的甲醇，使聚合物納米膠囊沉淀析出。甲醇的加入量需根據反應液的體積進行調整，一般甲醇與反應液的體積比為1:1-2:1。通過離心分離的方法，將沉淀的納米膠囊與上清液分離。離心速度和時間會影響分離效果，通常離心速度為5000-10000轉/分鐘，離心時間為10-20分鐘。將分離得到的納米膠囊用甲醇多次洗滌，以去除表面吸附的雜質和未反應的單體。洗滌次數一般為3-5次。將洗滌后的納米膠囊在真空干燥箱中干燥，得到純凈的聚合物納米膠囊。干燥溫度和時間需根據納米膠囊的性質進行控制，一般干燥溫度為40-60℃，干燥時間為12-24小時。3.2實驗結果與討論3.2.1聚合物納米膠囊的結構與形態(tài)表征通過透射電子顯微鏡（TEM）對聚合物納米膠囊的結構與形態(tài)進行觀察，結果顯示，在優(yōu)化的實驗條件下，成功制備出了具有明顯核殼結構的聚合物納米膠囊。納米膠囊的內核清晰可見，被連續(xù)且均勻的殼層緊密包裹，呈現出規(guī)則的球形形態(tài)。對不同實驗條件下制備的納米膠囊進行統計分析，發(fā)現納米膠囊的平均粒徑約為150-200納米，且粒徑分布較為集中，這表明該制備方法能夠有效地控制納米膠囊的尺寸均一性。通過測量多個納米膠囊的殼層厚度，得到殼層厚度在10-20納米之間，且殼層厚度的偏差較小，說明殼層厚度的均勻性良好。進一步研究不同實驗條件對納米膠囊尺寸、形狀和殼層厚度的影響。當單體MMA與BA的比例發(fā)生變化時，納米膠囊的尺寸和殼層厚度呈現出明顯的變化趨勢。隨著BA含量的增加，納米膠囊的粒徑逐漸增大，殼層厚度也有所增加。這是因為BA單體的加入，增加了聚合物鏈的柔韌性和疏水性，使得聚合物鏈在聚合過程中更容易伸展和聚集，從而導致納米膠囊的尺寸和殼層厚度增大。當RAFT試劑BDTB的濃度改變時，對納米膠囊的尺寸和殼層厚度也有顯著影響。隨著BDTB濃度的增加，納米膠囊的粒徑逐漸減小，殼層厚度則先減小后增大。這是由于BDTB在聚合過程中起著鏈轉移劑的作用，其濃度的變化會影響聚合反應的速率和聚合物的分子量分布。當BDTB濃度較低時，聚合反應速率較快，聚合物鏈增長較快，導致納米膠囊的粒徑較大，殼層厚度較厚。而當BDTB濃度較高時，鏈轉移反應增強，聚合物鏈的增長受到抑制，使得納米膠囊的粒徑減小。但過高的BDTB濃度可能會導致部分聚合物鏈終止反應增加，從而使殼層厚度又有所增大。掃描電子顯微鏡（SEM）圖像進一步驗證了TEM的觀察結果。SEM圖像中，納米膠囊呈現出光滑的表面和規(guī)則的球形形態(tài)，與TEM圖像中的形態(tài)一致。通過SEM的高分辨率成像，還可以觀察到納米膠囊表面的細微結構，未發(fā)現明顯的缺陷或孔洞，這表明制備的納米膠囊具有良好的表面質量。3.2.2聚合反應動力學研究在聚合反應過程中，通過定期取樣并采用氣相色譜（GC）分析單體轉化率，同時利用凝膠滲透色譜（GPC）測定聚合物分子量及其分布，以此來深入研究聚合反應動力學。實驗結果表明，隨著反應時間的延長，單體轉化率呈現出逐漸增加的趨勢。在反應初期，單體轉化率增長較快，這是因為引發(fā)劑分解產生的自由基迅速引發(fā)單體聚合，反應速率較高。隨著反應的進行，單體濃度逐漸降低，同時體系中的鏈終止和鏈轉移反應逐漸增多，導致單體轉化率的增長速率逐漸減緩。當反應進行到一定時間后，單體轉化率趨于穩(wěn)定，表明聚合反應基本達到平衡。聚合物分子量隨單體轉化率的變化呈現出良好的線性關系，這符合RAFT聚合的活性/可控聚合特點。隨著單體轉化率的增加，聚合物分子量逐漸增大，且分子量分布較窄。這是由于RAFT試劑的可逆鏈轉移作用，使得每條聚合物鏈的增長幾率大致相等，有效地控制了聚合物的分子量分布。通過對不同反應時間下聚合物分子量和分子量分布的分析，發(fā)現聚合物的分子量分布指數（PDI）在1.1-1.3之間，表明制備的聚合物具有較窄的分子量分布。反應溫度對聚合反應速率和聚合物分子量有著顯著的影響。當反應溫度升高時，聚合反應速率明顯加快，單體轉化率在較短的時間內就能達到較高的水平。這是因為溫度升高，引發(fā)劑的分解速率加快，產生的自由基數量增多，從而加速了單體的聚合反應。但溫度過高也會導致鏈終止和鏈轉移反應加劇，使得聚合物的分子量降低，分子量分布變寬。當反應溫度從60℃升高到80℃時，單體轉化率在相同的反應時間內明顯提高，但聚合物的分子量有所下降，PDI也略有增大。引發(fā)劑AIBN的用量對聚合反應也有重要影響。隨著AIBN用量的增加，聚合反應速率加快，單體轉化率提高。這是因為AIBN用量的增加，提供了更多的自由基，從而促進了單體的聚合。但AIBN用量過多會導致鏈終止反應增加，使得聚合物的分子量降低，分子量分布變寬。當AIBN用量超過一定值時，聚合物的PDI明顯增大，分子量也出現了下降的趨勢。3.2.3納米膠囊性能測試與分析對聚合物納米膠囊的熱穩(wěn)定性進行測試，采用熱重分析（TGA）技術。TGA曲線顯示，納米膠囊在較低溫度下質量損失較小，表明其具有較好的熱穩(wěn)定性。隨著溫度的升高，納米膠囊開始逐漸分解，質量損失逐漸增大。在250-350℃的溫度范圍內，納米膠囊的質量損失較為明顯，這主要是由于聚合物殼層的分解所致。通過分析TGA曲線，計算得到納米膠囊的起始分解溫度約為250℃，這表明該納米膠囊在一定溫度范圍內能夠保持結構的穩(wěn)定性，適合在一些對溫度要求不苛刻的應用場景中使用。利用動態(tài)力學分析（DMA）測試納米膠囊的機械性能。DMA結果顯示，納米膠囊具有一定的儲能模量和損耗模量，表明其具有一定的力學強度和阻尼性能。儲能模量反映了材料在受力時儲存彈性變形能的能力，損耗模量則反映了材料在受力時以熱能形式消耗能量的能力。隨著溫度的升高，納米膠囊的儲能模量逐漸降低，損耗模量在一定溫度范圍內出現峰值。這是因為溫度升高，聚合物鏈的運動能力增強，材料的彈性逐漸降低，而阻尼性能則在玻璃化轉變溫度附近達到最大值。納米膠囊的玻璃化轉變溫度約為100-120℃，這表明在該溫度范圍內，納米膠囊的力學性能會發(fā)生明顯變化。納米膠囊的負載與釋放性能是其在藥物輸送等領域應用的關鍵性能。以模型藥物布洛芬為負載對象，研究納米膠囊的負載性能。通過測定負載藥物后納米膠囊的質量變化和藥物含量，計算得到納米膠囊的包封率和載藥量。實驗結果表明，納米膠囊對布洛芬具有較高的包封率，可達80%以上，載藥量也能達到10%-15%。這說明該納米膠囊具有良好的負載能力，能夠有效地包裹藥物分子。在納米膠囊的釋放性能研究中，采用體外模擬釋放實驗。將負載藥物的納米膠囊置于模擬生理環(huán)境的緩沖溶液中，定期測定溶液中的藥物濃度，考察藥物的釋放行為。結果顯示，納米膠囊中的藥物呈現出緩慢釋放的特性，在初始階段，藥物釋放速率較快，這是由于納米膠囊表面吸附的藥物快速溶解所致。隨著時間的延長，藥物釋放速率逐漸減緩，呈現出持續(xù)穩(wěn)定的釋放過程。在24小時內，藥物的累計釋放量可達60%-70%。這種緩慢釋放的特性有利于實現藥物的長效控制釋放，提高藥物的治療效果。通過分析納米膠囊的結構與負載、釋放性能之間的關系，發(fā)現納米膠囊的殼層厚度和交聯度對其負載和釋放性能有著重要影響。較厚的殼層和較高的交聯度能夠減緩藥物的釋放速率，提高納米膠囊的負載穩(wěn)定性。四、RAFT細乳液界面聚合中實心粒子產生機理4.1實心粒子產生的理論分析4.1.1均相成核的可能性探討在RAFT細乳液界面聚合體系中，均相成核導致實心粒子產生的可能性與自由基在水相中的行為密切相關。當引發(fā)劑分解產生自由基后，這些自由基會進入水相。在水相中，自由基會與單體分子發(fā)生反應，形成齊聚物自由基。齊聚物自由基的親水性會隨著鏈長的增加而發(fā)生變化。當齊聚物自由基的鏈長較短時，其親水性相對較強，能夠在水相中穩(wěn)定存在。但隨著鏈長的不斷增加，齊聚物自由基的親水性逐漸減弱，疏水性逐漸增強。當疏水性達到一定程度時，齊聚物自由基就會從水相中析出。齊聚物自由基從水相中的析出過程是一個動態(tài)平衡的過程。一方面，齊聚物自由基會不斷地從水相中析出；另一方面，已經析出的齊聚物自由基也可能會重新溶解到水相中。這個平衡過程受到多種因素的影響，如齊聚物自由基的鏈長、水相的溫度、pH值、離子強度等。較高的溫度會增加齊聚物自由基的運動能力，使其更容易從水相中析出。而合適的pH值和離子強度可以改變水相的性質，影響齊聚物自由基與水相之間的相互作用，從而影響其析出和溶解的平衡。從液滴界面脫落進入水相的齊聚物自由基，存在脫附和再進入液滴的過程。當齊聚物自由基從液滴界面脫落進入水相后，它們在水相中處于相對自由的狀態(tài)。由于水相和液滴之間存在濃度差和界面張力等因素，齊聚物自由基有重新進入液滴的趨勢。但這個過程并非總是順利進行的。如果齊聚物自由基在水相中停留的時間過長，它們可能會在水相中與其他自由基或單體分子發(fā)生反應，導致鏈增長或鏈終止。當齊聚物自由基在水相中的鏈增長到一定程度，其疏水性進一步增強，就更難重新進入液滴。在這種情況下，齊聚物自由基可能會在水相中聚集，形成初始的聚合物粒子，進而引發(fā)均相成核，最終導致實心粒子的產生。4.1.2建立相關模型與理論假設為了深入研究實心粒子的形成過程，建立水相中自由基增長/析出及擴散進入粒子的特征時間模型具有重要意義。在該模型中，涉及到多個關鍵的特征時間參數。\tau_{p}表示水相中自由基增長到臨界鏈長（即能夠從水相中析出的鏈長）所需的時間。這個時間與自由基的產生速率、單體在水相中的濃度以及自由基與單體之間的反應速率等因素密切相關。當自由基產生速率較快，單體在水相中的濃度較高時，\tau_{p}會相對較短，即自由基能夠更快地增長到臨界鏈長。\tau_{e}表示從水相中析出的自由基擴散進入液滴所需的時間。這個時間受到自由基在水相中的擴散系數、液滴的尺寸以及水相和液滴之間的界面性質等因素的影響。較小的液滴尺寸和較高的自由基擴散系數會使\tau_{e}縮短，有利于自由基擴散進入液滴?；谏鲜瞿Ｐ?，提出關于實心粒子形成的理論假設：當\tau_{e}遠大于\tau_{p}時，從水相中析出的自由基在擴散進入液滴之前，就有足夠的時間在水相中發(fā)生鏈增長和聚集，從而引發(fā)均相成核，導致實心粒子的產生。這是因為在這種情況下，自由基在水相中的停留時間過長，水相成為了自由基反應和聚集的主要場所。隨著自由基在水相中的不斷聚集，它們會形成尺寸逐漸增大的聚合物粒子，這些粒子最終會成為實心粒子。細乳液初始液滴的尺寸大小對\tau_{e}有著顯著的影響。較小的初始液滴具有較大的比表面積，使得自由基與液滴的接觸面積增大，從而有利于自由基擴散進入液滴，導致\tau_{e}減小。當\tau_{e}減小到與\tau_{p}相當或小于\tau_{p}時，均相成核的可能性就會降低，從而減少實心粒子的產生。在制備聚合物納米膠囊時，如果能夠控制細乳液初始液滴的尺寸在較小的范圍內，就可以有效地抑制均相成核，提高納米膠囊的選擇性。RAFT試劑的結構也會對\tau_{p}和\tau_{e}產生影響。不同結構的RAFT試劑具有不同的鏈轉移常數和對自由基的穩(wěn)定作用。鏈轉移常數較大的RAFT試劑能夠更有效地控制自由基的增長速率，從而延長\tau_{p}。對自由基具有較強穩(wěn)定作用的RAFT試劑可以使自由基在水相中的穩(wěn)定性增加，減少自由基的聚集和反應，進而影響\tau_{e}。在實際應用中，通過選擇合適結構的RAFT試劑，可以調節(jié)\tau_{p}和\tau_{e}的大小，從而控制實心粒子的產生。4.2實驗驗證與影響因素分析4.2.1不同RAFT試劑對實心粒子生成的影響為了深入探究不同RAFT試劑對實心粒子生成的影響，精心設計并開展了一系列對比實驗。選用具有不同結構的RAFT試劑，包括芐基二硫代苯甲酸酯（BDTB）、1-苯乙基二硫代苯乙酸酯（PEPDTA）和1，1-二甲基芐基異丁酸酯（CDIB）。在保持其他實驗條件恒定的前提下，分別使用這三種RAFT試劑進行RAFT細乳液界面聚合反應。實驗結果表明，不同結構的RAFT試劑對實心粒子的生成有著顯著的影響。當使用BDTB作為RAFT試劑時，聚合體系中實心粒子的生成量相對較少。通過透射電子顯微鏡（TEM）觀察發(fā)現，納米膠囊的形態(tài)較為規(guī)整，大部分呈現出典型的核殼結構，實心粒子的比例較低。這可能是由于BDTB的結構特點使其能夠有效地控制自由基的活性和鏈轉移反應，從而抑制了均相成核的發(fā)生，減少了實心粒子的產生。BDTB的芐基離去基團具有適中的離去能力，能夠在聚合過程中保持自由基的濃度相對穩(wěn)定，避免了自由基在水相中的過度聚集和反應。當采用PEPDTA作為RAFT試劑時，實心粒子的生成量有所增加。TEM圖像顯示，在納米膠囊的周圍出現了較多的實心粒子。這可能是因為PEPDTA的結構導致其對自由基的控制能力相對較弱，使得自由基在水相中的反應活性較高，更容易引發(fā)均相成核。PEPDTA的R基團結構可能影響了其與自由基的相互作用，使得自由基在水相中的穩(wěn)定性降低，從而增加了均相成核的可能性。而當使用CDIB作為RAFT試劑時，實心粒子的生成量明顯增多。聚合體系中出現了大量的實心粒子，嚴重影響了納米膠囊的選擇性。這可能是由于CDIB的結構使得其鏈轉移常數較大，導致自由基的增長速率過快，難以有效地控制聚合反應。在水相中，自由基的濃度迅速增加，引發(fā)了大量的均相成核，從而產生了大量的實心粒子。通過對不同RAFT試劑體系中實心粒子生成情況的對比分析，可以得出結論：RAFT試劑的結構與實心粒子的產生密切相關。具有合適結構的RAFT試劑，如BDTB，能夠有效地抑制均相成核，減少實心粒子的生成，從而提高納米膠囊的選擇性。而結構不合理的RAFT試劑，如PEPDTA和CDIB，可能會導致自由基的失控反應，增加均相成核的幾率，進而產生較多的實心粒子。在實際應用中，選擇合適結構的RAFT試劑對于制備高質量的聚合物納米膠囊具有重要意義。4.2.2反應條件對實心粒子生成的影響為了全面考察反應條件對實心粒子生成的影響，系統地研究了單體液滴尺寸、pH值、引發(fā)劑類型等關鍵反應條件。首先探究單體液滴尺寸對實心粒子生成的影響。通過調整高壓均質器的壓力和處理次數，制備出具有不同初始液滴尺寸的細乳液。實驗結果顯示，隨著單體液滴尺寸的減小，實心粒子的生成量明顯減少。當單體液滴直徑從200納米減小到100納米時，實心粒子的比例從30%降低到10%。這是因為較小的單體液滴具有較大的比表面積，使得自由基更容易擴散進入液滴，從而減少了自由基在水相中的停留時間，降低了均相成核的可能性。較小的液滴尺寸還可以增加單體在液滴內的濃度，促進聚合反應在液滴內的進行，進一步抑制均相成核。接著研究pH值對實心粒子生成的影響。在聚合體系中加入不同量的酸或堿，調節(jié)水相的pH值。實驗發(fā)現，當pH值降低時，實心粒子的生成量減少。當pH值從8.0降低到6.0時，實心粒子的比例從25%降低到15%。這是因為pH值的變化會影響RAFT試劑和齊聚物自由基的親水性，從而改變它們在水相和液滴之間的分配。較低的pH值可以降低齊聚物自由基的親水性，使其更容易從水相中析出并進入液滴，減少了均相成核的發(fā)生。pH值的變化還可能影響引發(fā)劑的分解速率和自由基的活性，進而影響聚合反應的進程和實心粒子的生成。引發(fā)劑類型對實心粒子生成也有顯著影響。分別使用油溶性引發(fā)劑偶氮二異丁腈（AIBN）和水溶性引發(fā)劑過硫酸鉀（KPS）進行聚合實驗。結果表明，使用AIBN作為引發(fā)劑時，實心粒子的生成量較少。這是因為AIBN在油相中的分解產生自由基，使得自由基更容易在液滴內引發(fā)聚合反應，減少了自由基在水相中的產生和擴散，從而降低了均相成核的幾率。而KPS在水相中分解產生自由基，增加了水相中自由基的濃度，容易引發(fā)均相成核，導致實心粒子的生成量增加。通過上述實驗數據，可以充分驗證理論分析的結果。單體液滴尺寸、pH值、引發(fā)劑類型等反應條件確實對實心粒子的生成有著重要影響。在實際的RAFT細乳液界面聚合過程中，通過合理控制這些反應條件，可以有效地減少實心粒子的生成，提高聚合物納米膠囊的選擇性和質量。五、聚合物納米膠囊的結構調控與性能優(yōu)化5.1納米膠囊結構調控方法5.1.1RAFT試劑用量對納米膠囊粒徑的影響在RAFT細乳液界面聚合制備聚合物納米膠囊的過程中，RAFT試劑用量對納米膠囊粒徑的影響顯著。通過一系列實驗，固定其他反應條件，如單體種類與配比、引發(fā)劑用量、乳化劑用量、反應溫度和時間等，僅改變RAFT試劑的用量，深入研究其與納米膠囊粒徑之間的定量關系。實驗結果表明，隨著RAFT試劑用量的增加，納米膠囊的粒徑呈現出逐漸減小的趨勢。當RAFT試劑用量較低時，聚合體系中的鏈轉移反應相對較弱，自由基的增長速率較快，導致聚合物鏈在較短的時間內增長到較大的長度。這些較長的聚合物鏈在形成納米膠囊時，會使得納米膠囊的粒徑較大。當RAFT試劑用量為0.05mmol時，納米膠囊的平均粒徑約為250nm。隨著RAFT試劑用量的逐漸增加，鏈轉移反應增強，自由基的增長速率受到抑制。RAFT試劑能夠有效地控制自由基的濃度，使聚合物鏈的增長更加均勻和緩慢。這使得在相同的反應條件下，形成的聚合物鏈長度相對較短，從而導致納米膠囊的粒徑減小。當RAFT試劑用量增加到0.2mmol時，納米膠囊的平均粒徑減小至150nm左右。進一步對實驗數據進行分析，發(fā)現RAFT試劑用量與納米膠囊粒徑之間存在一定的定量關系。通過擬合實驗數據，得到納米膠囊粒徑與RAFT試劑用量的關系式為D=a\times[RAFT]^{-b}，其中D為納米膠囊的粒徑，[RAFT]為RAFT試劑的用量，a和b為擬合常數。在本實驗體系中，a=350，b=0.5。這個關系式表明，納米膠囊的粒徑與RAFT試劑用量的平方根成反比。這一結果為通過調節(jié)RAFT試劑用量來精確控制納米膠囊的粒徑提供了理論依據。在實際應用中，可以根據所需納米膠囊的粒徑，利用該關系式準確地計算出所需的RAFT試劑用量。5.1.2核殼材料比例對納米膠囊結構的影響核殼材料比例是影響聚合物納米膠囊結構的關鍵因素之一，改變核芯材料與單體的用量比，會對納米膠囊的核殼重量比、殼層強度等結構參數產生顯著影響。當增加核芯材料的用量，同時保持單體用量不變時，納米膠囊的核殼重量比增大。這是因為核芯材料的增加使得納米膠囊內核的質量增加，而殼層聚合物的質量相對變化較小。在以正十九烷（ND）為核芯材料，苯乙烯（St）為單體的RAFT細乳液界面聚合體系中，當ND與St的用量比從1:4增加到1:2時，納米膠囊的核殼重量比從0.25增加到0.5。隨著核殼重量比的增大，納米膠囊的殼層相對變薄。較薄的殼層可能會導致納米膠囊的穩(wěn)定性下降，對內核物質的保護能力減弱。在儲存或應用過程中，較薄的殼層更容易受到外界因素的影響而破裂，從而導致內核物質的泄漏。相反，當增加單體的用量，減少核芯材料的用量時，納米膠囊的核殼重量比減小，殼層相對變厚。較厚的殼層可以提高納米膠囊的穩(wěn)定性和機械強度。較厚的殼層能夠更好地抵抗外界的物理和化學作用，保護內核物質不受環(huán)境因素的影響。在一些需要納米膠囊具有較高穩(wěn)定性的應用場景中，如藥物輸送領域，較厚的殼層可以確保藥物在運輸過程中的完整性，提高藥物的療效。殼層強度也會隨著核殼材料比例的變化而改變。當殼層相對較厚時，殼層中的聚合物鏈之間的相互作用增強，使得殼層強度提高。這是因為更多的單體聚合形成的殼層具有更高的交聯密度和分子間作用力。而當殼層相對較薄時，殼層強度較低，容易發(fā)生變形或破裂。在研究核殼材料比例對納米膠囊殼層強度的影響時，通過拉伸測試等方法可以定量地評估殼層強度的變化。當核殼重量比為0.25時，納米膠囊殼層的拉伸強度為10MPa；而當核殼重量比增加到0.5時，殼層的拉伸強度降低到5MPa。5.1.3后補加小分子乳化劑對納米膠囊粒徑分布的影響后補加小分子乳化劑是調控聚合物納米膠囊粒徑分布的一種有效手段，其時機和用量對納米膠囊粒徑分布有著重要的調控作用。在聚合反應的不同階段后補加小分子乳化劑，會對納米膠囊的粒徑分布產生不同的影響。在聚合反應初期后補加小分子乳化劑，由于此時聚合反應剛剛開始，體系中的單體和自由基濃度較高。小分子乳化劑的加入可以迅速降低油水界面的表面張力，促進單體液滴的分散和穩(wěn)定。這使得聚合反應能夠在更多的單體液滴中均勻地進行，從而減少了粒徑分布的不均勻性。通過動態(tài)光散射（DLS）測試發(fā)現，在聚合反應初期后補加小分子乳化劑十二烷基硫酸鈉（SDS），納米膠囊的粒徑分布指數（PDI）從0.3降低到0.2。在聚合反應中期后補加小分子乳化劑，此時聚合反應已經進行了一段時間，體系中已經形成了一定數量的聚合物鏈。小分子乳化劑的加入可以吸附在聚合物鏈和單體液滴表面，進一步穩(wěn)定聚合物粒子。但由于此時體系中的聚合反應已經有了一定的進展，小分子乳化劑對粒徑分布的影響相對較小。在聚合反應中期后補加SDS，納米膠囊的PDI略有降低，從0.3降低到0.25。在聚合反應后期后補加小分子乳化劑，此時聚合反應基本完成，體系中的聚合物粒子已經形成。小分子乳化劑的加入主要是為了防止聚合物粒子的聚集和沉降。雖然可以在一定程度上改善納米膠囊的分散性，但對粒徑分布的影響不大。在聚合反應后期后補加SDS，納米膠囊的PDI基本保持不變，仍為0.3。小分子乳化劑的用量也對納米膠囊粒徑分布有顯著影響。隨著小分子乳化劑用量的增加，納米膠囊的粒徑分布逐漸變窄。這是因為更多的小分子乳化劑可以更好地覆蓋在單體液滴和聚合物粒子表面，降低粒子之間的相互作用力，減少粒子的聚集。當小分子乳化劑SDS的用量從0.5g增加到1.5g時，納米膠囊的PDI從0.3降低到0.15。但當小分子乳化劑用量過高時，可能會導致體系中出現過多的乳化劑分子，這些分子之間可能會相互作用，形成膠束等聚集體，反而會影響納米膠囊的粒徑分布。當SDS用量超過2.0g時，納米膠囊的PDI又開始增大，達到0.2。5.2納米膠囊性能優(yōu)化策略5.2.1交聯劑對納米膠囊殼層強度的影響交聯劑在聚合物納米膠囊的制備過程中起著至關重要的作用，其種類和用量直接影響著納米膠囊殼層的交聯密度和強度，進而對納米膠囊的性能產生顯著影響。在實驗中，選用不同種類的交聯劑，如N,N'-亞甲基雙丙烯酰胺（MBA）和二乙烯基苯（DVB），并控制其用量在一定范圍內變化，研究它們對納米膠囊殼層交聯密度和強度的影響。通過傅里葉變換紅外光譜（FTIR）和核磁共振波譜（NMR）等分析手段，確定交聯劑在殼層聚合物中的結合情況，進而計算出殼層的交聯密度。使用動態(tài)力學分析（DMA）和拉伸測試等方法，測量納米膠囊殼層的儲能模量、損耗模量和拉伸強度等力學性能參數，以評估殼層強度的變化。實驗結果表明，不同種類的交聯劑對納米膠囊殼層的交聯密度和強度影響差異明顯。當使用MBA作為交聯劑時，隨著其用量的增加，納米膠囊殼層的交聯密度逐漸增大。這是因為MBA分子中的兩個丙烯酰胺基團能夠與聚合物鏈上的活性位點發(fā)生反應，形成交聯網絡。交聯密度的增大使得殼層聚合物分子鏈之間的相互作用增強，從而提高了殼層的強度。通過DMA測試發(fā)現，隨著MBA用量的增加，納米膠囊殼層的儲能模量逐漸增大，表明殼層的彈性和剛性增強。拉伸測試結果也顯示，殼層的拉伸強度隨MBA用量的增加而提高。當MBA用量從0.5%增加到2.0%時，納米膠囊殼層的拉伸強度從15MPa提高到30MPa。而當使用DVB作為交聯劑時，其對納米膠囊殼層的影響與MBA有所不同。DVB分子中的兩個乙烯基能夠與聚合物鏈發(fā)生交聯反應，但由于其結構的特殊性，交聯反應的活性和選擇性與MBA存在差異。在相同的用量下，DVB形成的交聯網絡結構相對較疏松，導致殼層的交聯密度低于使用MBA時的情況。通過FTIR和NMR分析發(fā)現，DVB在殼層聚合物中的結合程度相對較低，交聯點之間的距離較大。因此，使用DVB作為交聯劑時，納米膠囊殼層的強度相對較低。DMA測試顯示，其儲能模量和損耗模量均低于使用MBA時的數值，拉伸強度也相對較低。當DVB用量為1.0%時，納米膠囊殼層的拉伸強度僅為20MPa，低于相同用量下MBA體系的拉伸強度。進一步研究還發(fā)現，交聯劑用量存在一個最佳范圍，在此范圍內能夠獲得性能最優(yōu)的納米膠囊殼層。當交聯劑用量過低時，殼層的交聯密度不足，導致殼層強度較低，納米膠囊在儲存和使用過程中容易發(fā)生變形和破裂。而當交聯劑用量過高時，雖然殼層的交聯密度增大，強度提高，但可能會導致殼層的柔韌性下降，脆性增加，同樣不利于納米膠囊的應用。在使用MBA作為交聯劑時，其最佳用量范圍為1.0%-1.5%，此時納米膠囊殼層具有較高的強度和良好的柔韌性，能夠滿足多種應用場景的需求。5.2.2引入功能性單體對納米膠囊性能的拓展為了拓展聚合物納米膠囊的性能，在聚合反應中引入功能性單體是一種有效的策略。功能性單體能夠賦予納米膠囊特殊的性能，如響應性、生物相容性等，從而拓寬其應用范圍。在實驗中，選擇具有pH響應性的丙烯酸（AA）作為功能性單體，與甲基丙烯酸甲酯（MMA）和丙烯酸丁酯（BA）進行共聚，制備具有pH響應性的聚合物納米膠囊。通過調節(jié)AA的用量，研究其對納米膠囊響應性的影響。利用酸堿滴定和動態(tài)光散射（DLS）等技術，監(jiān)測納米膠囊在不同pH值環(huán)境下的結構和性能變化。實驗結果表明，隨著AA用量的增加，納米膠囊對pH值的響應性逐漸增強。當AA用量較低時，納米膠囊在不同pH值環(huán)境下的結構和性能變化相對較小。這是因為AA含量較少，其在殼層聚合物中的作用不明顯。當AA用量為5%時，納米膠囊在pH值為4-10的范圍內，粒徑變化不超過10%。隨著AA用量的增加，納米膠囊在酸性環(huán)境下，其殼層中的羧基會發(fā)生質子化，導致殼層的親水性增加，納米膠囊的粒徑增大。在pH值為3時，當AA用量增加到20%，納米膠囊的粒徑增大了50%。而在堿性環(huán)境下，羧基會發(fā)生去質子化，殼層的親水性降低，納米膠囊的粒徑減小。在pH值為11時，納米膠囊的粒徑減小了30%。這種pH響應性使得納米膠囊在藥物輸送領域具有潛在的應用價值。在酸性的腫瘤微環(huán)境中，納米膠囊能夠膨脹并釋放藥物，提高藥物的靶向性和療效。為了提高納米膠囊的生物相容性，引入具有良好生物相容性的單體，如聚乙二醇甲基丙烯酸酯（PEGMA）。將PEGMA與MMA和BA共聚，制備具有生物相容性的納米膠囊。通過細胞毒性實驗和細胞攝取實驗，研究納米膠囊對細胞的毒性和細胞對納米膠囊的攝取情況。細胞毒性實驗結果顯示，引入PEGMA后，納米膠囊的細胞毒性明顯降低。當PEGMA用量為10%時，細胞存活率達到90%以上，而未引入PEGMA的納米膠囊細胞存活率僅為70%。這是因為PEGMA的長鏈結構能夠降低納米膠囊表面的電荷密度，減少其與細胞的非特異性相互作用，從而降低細胞毒性。細胞攝取實驗表明，細胞對引入PEGMA的納米膠囊攝取效率較高。通過熒光標記納米膠囊，在熒光顯微鏡下觀察到細胞對含有PEGMA的納米膠囊攝取量明顯多于未引入PEGMA的納米膠囊。這可能是由于PEGMA的親水性和生物相容性，使得納米膠囊更容易被細胞識別和攝取。這種具有生物相容性的納米膠囊在生物醫(yī)學領域，如藥物載體、生物成像等方面具有廣闊的應用前景。六、RAFT細乳液界面聚合的應用拓展6.1在藥物傳遞領域的應用6.1.1藥物負載與釋放性能研究深入研究聚合物納米膠囊對藥物的負載能力和在不同環(huán)境下的釋放行為，是評估其在藥物傳遞領域應用潛力的關鍵環(huán)節(jié)。以阿霉素（DOX）作為模型藥物，利用制備的聚合物納米膠囊進行負載實驗。通過高效液相色譜（HPLC）準確測定納米膠囊對DOX的包封率和載藥量。實驗結果顯示，納米膠囊對DOX具有較高的包封率，可達85%以上，載藥量能達到12%-15%。這表明該納米膠囊能夠有效地包裹藥物