生物基材料是以生物質(zhì)或生物基化學(xué)品為原料，通過生物或化學(xué)方法獲得的高分子材料，具有固定二氧化碳、可降解、環(huán)境友好等資源優(yōu)勢和性能特性。圍繞生物基材料開發(fā)，K&k團(tuán)隊以植物油、氨基酸、檸檬酸、糖等生物基化學(xué)品為基礎(chǔ)原料，基于微流場反應(yīng)技術(shù)，通過構(gòu)效關(guān)系研究，構(gòu)建生物基聚氨酯、生物基聚酯、生物基增塑劑等為主的生物基材料產(chǎn)品工程。近日，K&k團(tuán)隊結(jié)合前期研究成果以及國內(nèi)外相關(guān)研究進(jìn)展，應(yīng)邀在Progress in Polymer Science（Cite Score=41.1, IF=22.6）發(fā)表了題為Chemoselective Polymerization的評述論文（https://doi.org/10.1016/j.progpolymsci.2021.101397），闡述生物基材料制造過程中的反應(yīng)選擇性調(diào)控問題。我校生工學(xué)院郭凱教授為通訊作者，朱寧教授為第一作者。
生物基材料由于原料組份的復(fù)雜性和過程控制的選擇性等問題，導(dǎo)致對過程強(qiáng)化技術(shù)要求較高。巰基功能化生物基可降解聚酯是一類高附加值的不對稱聚酯多元醇，在多方面具有應(yīng)用價值。然而，由于巰基能夠與羥基競爭參與聚合反應(yīng)，以巰基醇作為多功能引發(fā)劑(multifunctional initiator)難以通過開環(huán)聚合獲得理想的目標(biāo)產(chǎn)物，需要繁瑣的保護(hù)和脫保護(hù)步驟。針對上述問題，K&k團(tuán)隊將微流場反應(yīng)技術(shù)(Chem Eng J, 2018, 333, 43-48等)與酶催化(Chem Eng J, 2019, 356, 592-597等)相結(jié)合，發(fā)展了微尺度連續(xù)流化學(xué)選擇性聚合方法，無需保護(hù)基團(tuán)，巰基醇直接引發(fā)開環(huán)聚合，選擇性最高可達(dá)99%，高效獲得窄分布的巰基功能化生物基可降解聚酯(獲授權(quán)美國專利US10214755B2、US10040898B2等)。
在上述化學(xué)選擇性聚合(Chemoselective Polymerization)體系中，除了以巰基醇為代表的多功能引發(fā)劑，還包括但不限于，含有多反應(yīng)位點(diǎn)的多功能單體(multifunctional monomer)難以避免交聯(lián)的發(fā)生，混合單體(mixed monomer)以及混合機(jī)理(mixed mechanisms)往往只能得到無規(guī)共聚物或者混合物，一直是該領(lǐng)域的重大挑戰(zhàn)。近年來，基于催化劑設(shè)計、轉(zhuǎn)換策略以及外界刺激等，學(xué)術(shù)界發(fā)展了一系列新型可控聚合體系，獲得了傳統(tǒng)方法無法制備的功能高分子與生物基材料，例如，由雙乙烯基單體或者雙環(huán)氧單體，可以分別得到側(cè)鏈含有雙鍵或者環(huán)氧的線形聚合物，含有丙交酯、己內(nèi)酯、環(huán)狀酸酐、環(huán)氧化合物/二氧化碳的二元或者多元單體混合物，或者由遵循不同聚合機(jī)理的乙烯基單體和環(huán)狀單體組成的混合物，能夠得到多種結(jié)構(gòu)規(guī)整的嵌段/多嵌段共聚物。該文既對K&k團(tuán)隊的研究工作進(jìn)行了總結(jié)，也對國內(nèi)外學(xué)者的相關(guān)研究進(jìn)行了梳理和歸納，并且對化學(xué)選擇性聚合面臨的機(jī)遇與挑戰(zhàn)進(jìn)行了前瞻性評述，期待對生物基材料的發(fā)展起到借鑒作用。
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