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通量筛选过程（HTP）已经在化学学科中广泛应用，可以快速筛选新型化合物。HTP通常使用标准化设备和装置进行并行实验，非常适合于快速合成不同结构的化合物。不仅如此，那些使用昂贵原料的反应也非常适合在HTP中实施，因为只需要少量的原料即可。随着HTP的发展，近年来这一方法在高分子材料合成领域中开始应用，特别是通过HTP进行可控聚合过程，可以快速优化反应条件，建立材料结构与性能的关系。尽管HTP方法可以快速筛选聚合物性能并进行初步评估，但仍需要合成足够数量的材料才能进行全面的性能表征。在这种情况下，流动化学（flow chemistry）就显示出它的优势，它可以连续或半连续的方式进行制备，在计算机辅助下实现高度自动化也“毫无压力”。
基于以上分析，新南威尔士大学的Cyrille Boyer课题组结合HTP方法和流动聚合技术，大量制备具有优异抗菌效果的聚合物。他们首先采用基于孔板的HTP方法合成出多种多样的聚合物进行筛选，在分析了这些聚合物的抗菌生物活性之后，结合流动聚合技术确定聚合物结构与性能的关系，最后，具有优化性能的聚合物通过柱塞流聚合工艺，进行规模化制备，可以27.2 g /天的速度生产“个性化订制”聚合物，而且具有出色的一致性。本文的研究为快速筛选新材料，同时进行规模化制备提供了一种“多快好省”的方法。
基于HTP方法进行抗菌聚合物筛选
图2. 采用孔板HTP方法筛选随机三元共聚物结构与性能的关系。其中MIC为最低抑制浓度，针对绿脓杆菌进行测试。
众所周知，长期使用抗生素会导致细菌耐药性增加，最新的报告显示，到2050年，细菌耐药性的提高可能导致每年1000万人死亡，抗菌聚合物在替代抗生素方面具有巨大潜力。研究者选择了具有阳离子、亲水和疏水基团的单体，在96孔HTP装置中进行光诱导电子/能量可逆加成断裂链转移聚合（PET-RAFT），其中阳离子单体为受保护的氨基甲酸叔丁基（2-丙烯酰胺基乙基）氨基甲酸酯（BOC-AEAm），聚合后可使用三氟乙酸轻松将其脱保护，得到阳离子伯胺基团，选择的亲水性单体为N-羟乙基丙烯酰胺（HEAm），聚（乙二醇）甲基醚丙烯酸酯（Mn=480）和二（乙二醇）乙基醚丙烯酸酯（DEGA），疏水性单体为2苯基乙基丙烯酰胺（PEAm），丙烯酸2-乙基己酯（EHA）和丙烯酸2-（二甲基氨基）乙酯（DMAEA），其中阳离子/亲水/疏水单体的摩尔比为50:20:30，光源为波长λmax= 525 nm的绿光，采用ZnTPP为光催化剂，聚合12小时后制备出了不同结构的三元共聚物，单体转化率均大于97.5%。MIC测试表明，聚合物3和5对绿脓杆菌抑制效果最好，MIC值为32 μg/mL。
抗菌聚合物组分漂移研究
图3. 基于96孔HTP方法和流动聚合技术制备的抗菌聚合物组分漂移。（A）Poly(BOC-AEAm-stat-PEAm-stat-DEGA)无规共聚物；（B）Poly(BOC-AEAm-stat-EHA-stat-PEGA) 无规共聚物，从上到下分别为聚合单体，HTP方法制备的共聚物累积组成，以及在柱塞流反应器中制备的聚合物平均拓扑结构。
对于poly(BOC-AEAm-stat-PEAm-stat-DEGA)三元共聚物（聚合物3），在聚合初期，亲水性DEGA单体的共聚程度要大于BOC-AEAm和PEAm单体，30分钟后，DEGA的转化率为77％，而BOC-AEAm和PEAm的转化率分别为47％和51％。随着聚合反应的进行，BOC-AEAm和PEAm的共聚程度逐渐提高。
对于poly(BOC-AEAm-stat-EHA-stat-PEGA)三元共聚物（聚合物5），EHA和PEGA单体在聚合早期共聚程度高，30分钟后，EHA和PEGA的转化率分别为59％和54％，而BOC-AEAm的转化率仅为30％。有趣的是，在早期阶段，聚合物3和5中都有较大比例的丙烯酸酯单体被引入到聚合物中，这种共聚行为最终会影响整个聚合物链的拓扑结构，进而影响这些聚合物的抗菌活性。研究者合成的聚合物抗菌活性在很大程度上取决于疏水和亲水功能之间的平衡，它们在聚合物主链上的位置对抗菌活性的影响也十分显著。
抗菌聚合物批次一致性研究
图4. 基于96孔HTP方法和流动聚合技术制备的抗菌聚合物一致性。（A）聚合6 h后poly(BOC-AEAm-stat-PEAm-stat-DEGA)分子量分布；（B）聚合6 h后poly(BOC-AEAm-stat-EHA-stat-PEGA)分子量分布；（C）BOC脱保护后聚合物的MIC值。
在经过结构与性能和成分漂移分析后，研究者选择了抗菌聚合物3和5进行规模化制备，流动反应器总体积27 mL，停留时间6 h，光源λ= 525 nm，单体浓度25 wt％，ZnTPP浓度为100 ppm，6小时后，单体转化率为99％，并且聚合物显示出窄的分子量分布和一致性，这些“个性化订制”聚合物产量可以达到27.2 g/天，通过并行增加反应器数量，产量可以进一步提高。
小结
新南威尔士大学的Cyrille Boyer课题组结合HTP方法和流动聚合技术提出了一种“多快好省”制备“个性化订制”聚合物的方法，他们在96孔HTP装置中进行了含有阳离子、亲水和疏水基团单体的PET-RAFT聚合，筛选出了具有优秀抗菌效果的聚合物，通过柱塞流聚合反应实现了这些抗菌聚合物的规模化制备，不同批次抗菌聚合物具有优异的一致性，聚合物产量可以达到27.2 g /天。
原文链接：
https://pubs.acs.org/doi/pdf/10.1021/acs.macromol.9b02207
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