原子转移自由基聚合（ATRP）是制备结构规整、分子量可控、分散度窄的 PEG-PAA（聚乙二醇 - 聚丙烯酸）嵌段共聚物的核心方法。其核心原理是通过卤原子的可逆转移实现活性 / 可控自由基聚合，避免常规自由基聚合的链终止和链转移问题。
由于聚丙烯酸（PAA）的羧基（-COOH）会与 ATRP 催化剂（铜盐）发生络合，导致聚合失控，因此实验室和工业中普遍采用 “先聚合丙烯酸酯，再水解" 的两步策略，具体合成流程如下：
PEG 的末端羟基（-OH）无法直接引发 ATRP，需先将其转化为含卤素的引发位点，以PEG-Br 的制备为例：
取一定量的单甲氧基聚乙二醇（mPEG-OH） 溶于干燥二氯甲烷（DCM），冰水浴冷却至 0~5℃，加入三乙胺（TEA）作为缚酸剂。
缓慢滴加2 - 溴异丁酰溴（摩尔比 mPEG-OH:2 - 溴异丁酰溴：TEA = 1:1.2:1.5），滴加完毕后，室温搅拌反应 12~24h。
反应结束后，过滤除去生成的三乙胺氢溴酸盐沉淀，滤液用去离子水洗涤 3~5 次，除去未反应的小分子试剂。
有机相经无水硫酸镁干燥、旋蒸浓缩后，用Ethyl ether沉淀产物，真空干燥得到mPEG-Br，通过 ¹H-NMR 表征确认引发剂制备成功（特征峰：溴异丁酰基的甲基峰～1.9 ppm）。
这一步是实现嵌段结构可控合成的关键，典型操作如下：
在史莱克管（Schlenk tube，无水无氧反应装置）中，依次加入 mPEG-Br、丙烯酸甲酯（MA）、CuBr、PMDETA，再加入干燥 THF 作为溶剂，密封反应管。
经 3 次冷冻 - 抽真空 - 解冻循环，排除管内氧气（氧气会猝灭自由基，导致聚合失败）。
将反应管置于油浴中，30~60℃恒温搅拌反应，反应时间根据目标分子量调整（通常 6~24h）。
聚合结束后，将反应液暴露于空气终止聚合，通过中性氧化铝柱除去铜催化剂，旋蒸浓缩滤液。
用正己烷 / 石油醚沉淀产物，真空干燥得到PEG-b-PMA，通过 GPC 测定分子量和分散度（PDI 通常 < 1.2），¹H-NMR 确认 MA 的聚合度。
通过碱性水解将 PEG-b-PMA 的酯基转化为羧基，得到目标产物 PEG-PAA：
将 PEG-b-PMA 溶于THF / 去离子水混合溶剂（体积比 1:1），加入过量 NaOH 水溶液（摩尔比 NaOH:MA 单元 = 3:1）。
室温搅拌反应 8~12h，期间通过薄层色谱（TLC）监测水解进程。
反应结束后，用盐酸调节溶液 pH 至 2~3，使羧基质子化。
旋蒸除去 THF，将水溶液用透析袋（截留分子量 MWCO = 1000~3000 Da）透析 24~48h，除去盐和小分子杂质。
透析液经冷冻干燥，得到白色粉末状PEG-PAA，通过酸碱滴定法测定羧基含量，确认水解。
无水无氧环境：ATRP 对氧气敏感，需严格除氧，否则会导致聚合速率降低或分子量分布变宽。
催化剂 / 配体比例：CuBr 与 PMDETA 的摩尔比通常为 1:1~1:2，配体过量可提高催化剂溶解性和聚合可控性。
单体 / 引发剂比例：通过调整 MA 与 mPEG-Br 的摩尔比，可精准调控 PMA 链段的长度，进而控制 PEG-PAA 的整体分子量。
水解条件：避免高温和过长水解时间，防止酯键过度水解导致聚合物链断裂。
聚合过程可控，可精准设计 PEG 和 PAA 链段的长度比例。
产物分散度窄，结构均一性高，适合制备高性能药物载体和生物医用材料。
可拓展制备复杂拓扑结构的 PEG-PAA（如星型、梳型共聚物）。
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更新时间：2025-12-23
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