两亲性嵌段共聚物PS-PEG（聚苯乙烯 - 聚乙二醇）胶束制备方法

PS-PEG（聚苯乙烯 - 聚乙二醇）作为典型的两亲性嵌段共聚物（疏水段为 PS，亲水段为 PEG），其胶束制备依赖于 “疏水相互作用驱动自组装" 原理 —— 通过改变溶剂环境或施加外力，使疏水的 PS 段聚集形成核，亲水的 PEG 段伸展形成壳，最终形成核 - 壳结构胶束。以下是其主流制备方法的详细介绍，包括原理、操作步骤、优缺点及适用场景：

一、溶剂置换法（Solvent Displacement Method）

原理

利用 PS-PEG 在良溶剂（能同时溶解疏水段和亲水段，如 N,N - 二甲基甲酰胺 DMF、四氢呋喃 THF）中溶解，向体系中缓慢加入不良溶剂（仅溶解 PEG 亲水段，不溶解 PS 疏水段，如水、缓冲液），PS 段因溶解度骤降发生疏水聚集，PEG 段则因亲水性伸展形成壳层，自组装为胶束。

操作步骤

溶解聚合物：将 PS-PEG 粉末溶于良溶剂（如 THF）中，搅拌至溶解，形成透明的聚合物溶液（浓度通常为 1-10 mg/mL）。

缓慢加不良溶剂：在室温或冰浴（避免溶剂挥发过快）下，用注射器或蠕动泵将去离子水 / 缓冲液缓慢滴入聚合物溶液中（滴速通常为 0.1-1 mL/min），过程中溶液会逐渐从透明变为轻微乳浊（胶束形成的标志）。

去除良溶剂：通过旋转蒸发（适用于低沸点良溶剂如 THF）或透析（截留分子量需小于 PEG 段分子量，如 PEG 分子量 5kDa 则选 3.5kDa 透析袋）去除体系中的良溶剂，最终得到 aqueous 胶束溶液。

过滤 / 表征：用 0.22 μm 滤膜过滤去除可能的大聚集体，通过动态光散射（DLS）、透射电镜（TEM）表征胶束粒径和形貌。

优缺点

优点：操作温和（无需高温 / 高压）、胶束粒径均一（PDI 通常 < 0.2）、无表面活性剂残留（纯聚合物自组装）。

缺点：良溶剂去除过程耗时（透析需数小时至 1 天）、不适用于高浓度聚合物体系（易团聚）。

适用场景

实验室小规模制备、对胶束分散性要求高的场景（如药物载体、纳米反应器）。

二、透析法（Dialysis Method）

原理

与溶剂置换法核心逻辑一致，但 “溶剂交换" 通过半透膜透析实现：先将 PS-PEG 溶于良溶剂，再将溶液装入透析袋，置于大量不良溶剂（水）中；通过渗透压驱动，良溶剂逐渐扩散到透析外液，PS 段在袋内聚集形成胶束，最终得到纯 aqueous 胶束溶液。

操作步骤

聚合物溶解：将 PS-PEG 溶于良溶剂（如 DMF、二甲基亚砜 DMSO），配成 5-20 mg/mL 的溶液，超声 10-15 min 确保无团聚。

装袋透析：将聚合物溶液转移至预处理好的透析袋（提前用去离子水煮 30 min 去除杂质），扎紧袋口后放入装有去离子水的烧杯中，磁力搅拌。

更换外液：每隔 2-4 h 更换一次外液（共更换 3-5 次），通过高效液相色谱（HPLC）或折射率检测确认外液中无残留良溶剂。

收集与纯化：取出透析袋内溶液，离心（3000-5000 rpm，10 min）或过滤去除少量大颗粒，得到胶束溶液。

优缺点

优点：溶剂交换更干净（避免旋转蒸发导致的胶束浓缩团聚）、可精准控制溶剂交换速率（通过外液体积和更换频率）。

缺点：耗时更长（总透析时间通常 > 12 h）、胶束浓度较低（受透析袋内溶液体积限制）。

适用场景

良溶剂沸点较高（如 DMSO，沸点 189℃，不适合旋转蒸发）、需严格控制胶束形成过程的场景。

三、乳化溶剂挥发法（Emulsification-Solvent Evaporation Method）

原理

将 PS-PEG 的良溶剂溶液（油相）与不良溶剂（水相）混合，通过超声或搅拌形成水包油（O/W）乳液；PS-PEG 的疏水段（PS）在油相液滴内聚集，亲水段（PEG）朝向水相；随后通过搅拌或减压挥发去除油相中的良溶剂，液滴逐渐收缩并固化为胶束核，最终形成稳定的 aqueous 胶束。

操作步骤

油相制备：将 PS-PEG 溶于挥发性良溶剂（如二氯甲烷 DCM、氯仿，沸点低易挥发），配成 10-30 mg/mL 的油相溶液。

乳液制备：将油相缓慢加入到过量水相（去离子水或含少量乳化剂，如吐温 80，可增强乳液稳定性）中，在冰浴下超声（功率 100-300 W，时间 5-15 min）或高速搅拌（10000-15000 rpm），形成乳白色 O/W 乳液。

溶剂挥发：将乳液置于通风橱中，室温搅拌 4-8 h（或减压搅拌 1-2 h），使油相溶剂挥发；过程中乳液会逐渐从乳白色变为半透明（胶束形成）。

纯化：离心（8000-10000 rpm，15 min）去除未组装的聚合物和乳化剂，上清液即为胶束溶液。

优缺点

优点：制备效率高（溶剂挥发快）、可规模化制备（适合克级以上）、可同时包载疏水药物（将药物溶于油相即可同步封装）。

缺点：可能残留少量乳化剂（需多次离心纯化）、胶束粒径分布较宽（PDI 可能 > 0.3，受乳液均匀性影响）。

适用场景

工业中试 / 规模化制备、需负载疏水功能分子（如药物、染料、量子点）的胶束体系。

四、薄膜水化法（Film Hydration Method，又称旋转蒸发 - 水化法）

原理

先将 PS-PEG 溶于挥发性良溶剂，通过旋转蒸发使聚合物在烧瓶内壁形成均匀薄膜（PS 和 PEG 均匀分布）；再向烧瓶中加入不良溶剂（水 / 缓冲液），振荡或搅拌使薄膜水化，PS 段聚集形成核，PEG 段水化形成壳，自组装为胶束。

操作步骤

制备聚合物薄膜：将 PS-PEG 溶于氯仿、DCM 等良溶剂，转移至圆底烧瓶；在旋转蒸发仪上（30-40℃，真空度 0.08-0.1 MPa）旋转蒸发 10-20 min，使溶剂挥发，烧瓶内壁形成无色透明的聚合物薄膜。

薄膜水化：向烧瓶中加入预热至 30-40℃的去离子水（水体积需覆盖薄膜），密封后振荡（或磁力搅拌）30-60 min，直至薄膜溶解并形成乳浊液。

超声与纯化：将乳浊液超声（50-100 W，5 min）分散，通过 0.45 μm 滤膜过滤去除未水化的薄膜碎片，得到均一的胶束溶液。

优缺点

优点：操作简单（无需复杂滴加或透析步骤）、薄膜水化均匀（胶束粒径可控）、可用于 PS-PEG 与其他疏水材料的共组装（如加入磷脂改善生物相容性）。

缺点：旋转蒸发时易出现薄膜 “结块"（需控制溶剂挥发速率）、水化过程可能存在局部浓度过高（需充分振荡）。

适用场景

实验室快速制备、需与其他两亲性分子（如磷脂、胆固醇）共组装的复合胶束体系。

五、关键影响因素与优化建议

无论选择哪种方法，PS-PEG 胶束的粒径、分散性和稳定性均受以下因素影响，需针对性优化：

PS/PEG 嵌段比例：

PS 段越长（疏水作用越强），胶束核越大，整体粒径越大；

PEG 段越长（亲水作用越强），胶束壳越厚，分散性越好（PEG 可抑制团聚）。

例：PS₁₀₀₀₀-PEG₅₀₀₀（PS:PEG=2:1）比 PS₅₀₀₀-PEG₁₀₀₀₀（1:2）形成的胶束粒径更大。

聚合物浓度：

浓度过低（<1 mg/mL）：疏水作用不足，难以形成稳定胶束；

浓度过高（>20 mg/mL）：易发生胶束团聚，PDI 增大。

建议起始浓度控制在 5-10 mg/mL。

溶剂选择：

良溶剂需同时溶解 PS 和 PEG（如 THF、DCM、DMF），避免使用仅溶解单一嵌段的溶剂；

不良溶剂需与良溶剂互溶（如水与 THF、DCM 互溶），确保溶剂交换充分。

制备温度：

低温（如冰浴）：减缓溶剂挥发 / 扩散速率，胶束形成更均匀（适合溶剂置换法、乳化法）；

中温（30-40℃）：促进薄膜水化（适合薄膜水化法），但温度过高（>50℃）可能导致 PEG 段变性。