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传统 ATRP 在生物医学和电气应用受限，光介导 ATRP 技术受关注。研究人员开展 SI-photo-Fe-ATRP 合成聚合物刷研究，简化反应体系，在温和条件下成功合成。该成果符合绿色化学要求，为相关领域应用提供新方法。
在高分子化学的奇妙世界里，原子转移自由基聚合（ATRP）就像一位神奇的工匠，能够打造出各种各样结构独特的聚合物，比如复杂的嵌段共聚物、形态各异的支化聚合物，还有备受瞩目的聚合物刷。ATRP 刚诞生时，铜基 ATRP 凭借其独特的 “驯服” 自由基的能力，在高分子合成领域掀起了一阵热潮。它可以让自由基按照人们的设想，有规律地与单体反应，从而制备出分子量精准、分散度低且链端具有活性的聚合物。
但随着研究的深入，人们发现传统铜基 ATRP 也有自己的 “短板”。在合成过程中，它需要大量的铜盐来维持休眠链和活性链之间的平衡。这一特点使得用它合成的聚合物在对污染极为敏感的生物医学领域和电气应用领域难以大展拳脚。为了解决这个问题，科研人员们纷纷发力，开发出了一系列改进的 ATRP 技术，像 ICAR-ATRP、ARGET ATRP 等。这些新技术虽然在一定程度上降低了铜基催化剂的用量，让温和条件下合成生物相容性材料成为可能，但却又带来了新的麻烦 —— 反应体系变得更加复杂，而且在合成聚合物刷时，常常需要添加额外的牺牲性引发剂来保证反应顺利进行。
与此同时，光介导的 ATRP 技术，比如光诱导 ATRP（photoATRP）和有机催化 ATRP（O-ATRP 或无金属 ATRP），凭借其操作简单、对氧气耐受性好以及生物相容性佳等优点，逐渐进入了科研人员的视野。在这些技术中，铜基催化剂是研究的热门，但铁基催化剂也因其成本低、储量丰富、毒性低且具有生物相容性等优势，吸引了不少关注。此前已有研究表明，FeBr3在特定条件下能身兼数职，既是失活剂，又是活化剂（FeBr2）和引发剂的来源，这为简化光 - Fe-ATRP 反应提供了可能。不过，基于铁的表面引发光诱导 ATRP（SI-photo-Fe-ATRP）在微升尺度下合成聚合物刷的研究，此前还鲜有人涉足。
为了填补这一空白，来自国外研究机构的研究人员开展了一项意义重大的研究。他们致力于探索 SI-photo-Fe-ATRP 在微升体系下合成聚合物刷的可行性。研究人员通过不懈努力，成功验证了 SI-photo-Fe-ATRP 在微升尺度下合成模型聚合物刷的可行性。他们发现，在类似三明治结构的反应体系中，仅使用单体、溶剂和 FeBr3，无需像铜基 SI-photoATRP 那样添加额外的胺基配体，也不用像之前毫升尺度的 SI-photo-Fe-ATRP 研究那样添加卤离子，就能有效地实现聚合反应。而且，在温和的可见光条件下，他们还能快速合成出相对较厚的聚合物刷。这一研究成果意义非凡，它在多个方面都符合绿色化学的要求，不仅简化了反应流程，减少了废弃物的产生，还采用了更环保、生物相容性更好的催化体系。相关研究成果发表在《European Polymer Journal》上。
研究人员在开展这项研究时，用到了几个主要的关键技术方法。首先是对硅片进行表面修饰，通过两步法在硅片表面接枝 ATRP 引发剂，为后续的聚合反应奠定基础。接着，利用构建好的反应体系，在微升尺度下进行聚合反应，通过控制不同的反应条件，如单体与催化剂的摩尔比、表面引发剂的结构、光照强度以及溶剂类型等，来研究它们对聚合反应动力学的影响。
下面来详细看看研究结果。在材料准备阶段，研究人员精心挑选了多种实验材料，包括从 ON Semiconductor 购买的硅片，以及各种纯度较高的化学试剂，如 (3 - 氨基丙基) 三乙氧基硅烷（APTES）、α- 溴代异丁酰溴（BIB）等。在硅片修饰方面，研究人员先将 APTES 接枝到硅片上，然后让 APTES 上的胺基与 BIB 或 α- 溴代苯乙酰氯（BPA-Cl）反应，分别形成 APTES-BIB 或 APTES-BPA 引发剂层。这一修饰过程为后续的聚合物刷生长提供了关键的 “种子”。
在聚合反应条件优化的研究中，研究人员发现，不同的单体与催化剂摩尔比、表面引发剂结构、光照强度和溶剂类型对聚合反应的影响各不相同。例如，通过调整这些因素，他们能够控制聚合物刷的生长速率和最终厚度。在不同条件下的聚合反应研究里，研究人员成功在微升体系中实现了聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）和聚甲基丙烯酸苄酯（PBzMA）刷子的接枝聚合。并且，在非限制性条件下，即在户外阳光下，他们也能制备出较厚的 PBzMA 刷子。这一成果充分证明了 SI-photo-Fe-ATRP 反应条件具有高度的适应性。
在研究结论和讨论部分，研究人员指出，SI-photo-Fe-ATRP 在微升尺度合成聚合物刷方面展现出了巨大的潜力。它为聚合物刷的合成提供了一种简单、高效且绿色环保的新方法。不过，目前的研究结果也表明，要想进一步优化该反应体系，还需要对反应条件进行更深入的调整和优化。这一研究成果不仅为高分子合成领域提供了新的技术手段，也为生物医学、材料科学等相关领域的发展带来了新的机遇。例如，PBzMA 刷子作为一种疏水涂层，有望在防雾、拒液、自清洁表面，以及减阻涂层、油基润滑界面等多个领域得到广泛应用。这项研究就像一把钥匙，为未来更多关于聚合物刷合成和应用的研究打开了新的大门，让人们对高分子材料的性能调控和实际应用有了更多的期待。
