MS入门手册（46）：Materials Studio嵌段共聚物模型的搭建

本文为杨站长技术团队制作的《Materials Studio入门手册》第46篇，共约100篇。本教程旨在从零开始带大家入门MS软件，文末可下载更多学习资料。紧跟杨站长，学会计算，拿下顶刊！

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之前的几次教程中我们都在讲有关均聚物的问题，不仅说到了普通的均聚物模型，也提到了等规度、空间惩罚、扭转角等概念，以及支链连接点的设置和支链的连接，这样的概念和操作对于之后嵌段共聚物和无规共聚物模型的建立都是相当有意义的，当我们再次使用到这些概念和操作的时候，就只会粗略进行讲解，小伙伴们可以参考之前的教程内容。

这次教程我们将要说到嵌段共聚物，什么是嵌段共聚物呢？首先通过Bishnu P. Bastakoti和Zongwen Liu在2017年《Nanostructures for Cancer Therapy》一书的“Multifunctional polymeric micelles as therapeutic nanostructures: targeting, imaging, and triggered release”一文中的“第1.1节 嵌段共聚物”的部分对其概念进行简要解释。

1.1 嵌段共聚物

嵌段共聚物通常被定义为两个或两个以上不同嵌段通过共价键连接形成单一大分子的线性和/或径向排列的大分子。

即使聚合物嵌段在热力学上不相容，这些嵌段之间的共价键也阻止了宏观相分离。嵌段共聚物的分子结构取决于嵌段的数量和类型以及嵌段连接在一起的方式（Hamley，2004）。

最简单的结构是线性AB二嵌段共聚物，其中A型单体的均聚物链共价连接到B型单体的均聚物链。更复杂的结构包括三嵌段共聚物和混合臂嵌段共聚物，其中三个以上的聚合物链共价连接在一个共同的分支点上。

嵌段共聚物起源于无终止阴离子聚合的发现，它允许将单体顺序添加到活性聚合物链（Szwarc，1956）的方法形成嵌段共聚物。许多不同的合成路线已被用于合成各种嵌段（Keddie，2014）。

嵌段共聚物由于具有自组装成纳米级胶束的能力，在过去的几十年中受到了许多科学家的关注。这种自组装是由于聚合物嵌段及其共价连接的不相容性造成的。任何嵌段共聚物在溶液中的构象都是由聚合物链段之间以及与溶剂分子的相互作用强度之间的平衡所决定的。

这种平衡通常被称为溶剂质量，并通过各种参数进行评估，其中最常用的是Hildebrand溶解度参数和Flory参数（Barton，1975）。

根据第一种方法，一个好的溶剂将呈现一个更接近大分子的溶解度参数（反映其内聚能），而在Flory理论中，Flory参数越小（或越负），聚合物-溶剂的相互作用就越有利。

共聚物和均聚物的概念解释，图片来源于网络：https://www.wendangwang.com/doc/847daa07e3d258fa068b870a/6

说完了概念，我们进行建模操作，首先打开嵌段共聚物对话框，在菜单栏中的Build-Build Polymers-Block Copolymer选项。

这个对话框和之前建立均聚物模型的对话框有一定的共同性，比如有三个名称完全一致的选项卡（Polymerize、Advanced和），一看上去就和之前建立均聚物的过程会有很多相同的相似点。

嵌段共聚物对话框

我们一起来看一下每个选项卡，Polymerize选项卡中仍然是一些基本设置，但是由于嵌段共聚物需要至少有两种单体，这个选项卡从下拉列表模式变成了列表模式，从而可以进行单体的添加。

单击一下Repeat Unit的第一项（也就是蓝色区域）或者它前面的灰色方块，可以打开和均聚物类似的一个对话框，看起来就很熟悉，需要在上部分区域选择单体，下面的区域可以选择Block size嵌段尺寸，也就是每个嵌段包含几个单体；

Chiral inversion手性翻转，实际上就是等规度，默认值0.0表示全同异构（Isotactic）、当输入值为1.0时表示间规异构（Syndiotactic），0~1之间的值表示无规异构（Atactic）；

以及Flip probability（翻转可能性）对应的是均聚物的Orientation取向性这个性质，如果使用默认值0.0表示首尾连接的结构(Head-to-Tail)，如果该值为1.0则表示头碰头的取向构型(Head-to-Head)。

这里我们设置单体为乙烯，其他部分使用默认值，表示每个嵌段结构包括5个丙烯酸单体，以全同异构形式首尾连接排列。

添加乙烯嵌段

单击Add按钮之后，会发现一个叫做乙烯的单体已经被添加到列表中，仍然出现一个Add Block Definition对话框，让我们添加第二种嵌段结构。

我们添加一个丙烯酸单体，设置嵌段尺寸为4，手性翻转值为1.0（间规异构），以及翻转可能性为1.0（头碰头取向），再单击Add按钮，丙烯酸重复单元被添加到列表，单击Close按钮，关闭嵌段定义对话框。

如果不小心添加了其他嵌段，可以选中这个嵌段的名称（比如不小心添加了尿素嵌段，一定要在urea这个名字上进行单击），按一下键盘上的Delete按钮，就可以进行删除，另外对于已经设置好的嵌段，可以修改其嵌段尺寸、手性翻转值和翻转可能性值。

删除嵌段与修改参数

最终在Polymerize的列表中的两个嵌段应该显示如下图。

添加丙烯酸嵌段

下面的两个选项就是设置有几个超重复单体数目（也就是把5个乙烯单体+4个丙烯酸单体组成一个“超重复单体”，一共想要建立几个这样的循环），我们将它修改为2，建立几个聚合物链，仍然保持为默认值1。单击Build按钮，就形成了嵌段聚合物的结构。

建立的嵌段聚合物模型

好啦，我们今天的教程就到这里，下次我们再以一个实例，对嵌段聚合物的其他建立问题（主要是另外两个选项卡中的设置，实际上与共聚物类似，我们就只给出一个操作实例）进行说明，下一次我们再继续我们的Materials Studio之旅。

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