俞麟教授将科学研究与本科教学相结合进行高分子实验的创新

发布时间:2020-12-01 

 

 高分子科学作为一门蓬勃发展的交叉学科,极大地促进了医学、电子、航空航天等诸多领域的发展。《国家中长期教育改革和发展规划纲要 (2010—2020年)》明确要求高校加强国际交流与合作,提高我国教育国际化水平,培养创新型人才。高分子实验作为本科高分子教学的重要组成部分,除了需要锻炼学生动手能力、培养学生科研素养之外,还应着眼于学科的交叉和学科的前沿发展。高分子科学系俞麟教授将自己所从事的科学研究与本科实验教学相结合,设计了一个集高分子合成、表征和材料应用于一体的新型教学实验。即利用聚乙二醇(PEG)作为大分子引发剂,磷酸二苯酯(DPP)作为绿色的有机催化剂,通过溶液聚合的方式催化己内酯(CL)单体开环聚合制备两亲性的聚己内酯-聚乙二醇-聚己内酯嵌段共聚物(PCL-PEG-PCL);并且所合成的两亲性共聚物的水溶液能够随升温呈现有趣的溶胶-凝胶相转变现象。最后,在助教的帮助下运用质子核磁共振波谱仪、凝胶渗透色谱仪、差示扫描量热仪、X射线衍射仪等仪器对所合成材料进行理化性能的表征,使学生掌握相关科学仪器的原理并能够分析所得的实验数据。该实验不仅应用了开环聚合的基本概念和原理,而且还融入了可注射性PEG/聚酯嵌段共聚物热致水凝胶的最新科研进展,从而有助于加深学生对高分子学科的理解,提升他们对科研的热情。

图1. 教学实验设计示意图

 

 不同于科学研究,教学实验需要考虑诸多因素,如实验时间、安全环保性、可操作性、可重复性、经济性等,并要设计合理的评价方式。因此,该实验没有选用课题组传统的PEG/PLGA(PLGA:聚(乳酸-乙醇酸))水凝胶体系,而是采用了价格更低廉的CL单体,且所制备的PCL-PEG-PCL聚合物具有良好的结晶能力,可通过淬火方式实现快速的溶解。此外,传统的辛酸亚锡催化剂由于其苛刻的反应条件,也被更为安全环保的有机非金属催化剂DPP所取代。为了提高实验的成功率和可重复性,还考察了温度、湿度、沉淀剂等不同条件对该实验的影响,最终确定了最优的实验方案并通过本科生志愿者对实验的效果进行了评价和验证。

图2. PCL-PEG-PCL三嵌段共聚物的合成路线

 

 该教学实验以硕士研究生吴凯婷为第一作者,俞麟教授为通讯作者,丁建东教授为共同作者发表在ACS的教学期刊Journal of Chemical Education,并被杂志选为补充封面。详见:Wu, Kaiting; Yu, Lin*; Ding, Jiandong. Synthesis of PCL-PEG-PCL Triblock Copolymer via Organocatalytic Ring-Opening Polymerization and Its Application as an Injectable Hydrogel — an Interdisciplinary Learning Trial. J. Chem. Educ. 2020, 97, 4158−4165.

文章链接:https://dx.doi.org/10.1021/acs.jchemed.0c00325

供稿:教学科研办公室