多孔聚合物薄膜因具有轻质、高比表面积、易加工和结构设计灵活等优越性能，而被广泛应用于多个重要领域。随着多孔聚合物材料的应用场景日益前沿化，如何制备具有复杂三维孔洞形貌的多孔聚合物材料成为该领域研究者的新挑战。其中具有有序/无序复合型非对称结构特点的多孔聚合物薄膜，由于其在膜分离等领域所独有的应用优势，获得了越来越多的关注。到目前为止，这类多孔膜结构所报道最多的制备方法是利用嵌段共聚物自组装和相转化方法相结合来实现的。然而这一方法存在原料不易得、需多步执行等限制，且无法通过制备过程的调控有效实现多孔结构的可控设计。

  近日，宁波大学孙巍团队提出一种新型非对称多孔多层薄膜的制备方法，通过实施反相乳液-水滴模板（Ie-BF）法，利用反相乳液水滴和高湿度凝结水滴的协同模板化作用，在所制备的聚合物薄膜表面和本体层中实现同步致孔，一步法制备得到有序/无序非对称结构化的多层多孔Ie-BF薄膜，并利用其特殊的多孔结构特点实现药物分子持续可控释放的应用目的。

图1. 非对称多层多孔Ie-BF薄膜的制备过程和实现药物加载释放的示意图

  研究团队通过对Ie-BF法实施过程中乳液配方、实施环境条件等实验条件的控制，成功构建了由表面有序单层多孔阵列层和本体无序多层多孔基体层组成的非对称结构，并证实了高湿度凝结水滴和乳液水滴分别是表面层和本体层致孔的主要来源，且两种致孔因素也分别参与到本体层和表面层的致孔过程，由此形成了一个高度动态可控的复杂多孔结构制备过程。基于以上认识，研究团队通过实验条件控制，实现了对于本体层多孔形貌的结构类型化调控，构建了从纳米级到微纳复合再到微米级尺度的多种不同无序多孔类型的本体层形貌，并与有序的表面层多孔阵列结构形成了不同非对称程度的截面形貌。

图2. 不同乳液水油比条件下所制备的聚苯乙烯薄膜非对称多层多孔结构

  研究团队进一步将Ie-BF过程与该课题组近期所报道的水滴模板直接致孔（stBF）的策略相结合，在平面和管状聚合物薄膜表面原位开展Ie-BF的后处理致孔，成功获得了与前述浇筑过程相类似的非对称多层多孔结构，首次实现了三维化的stBF致孔。这种Ie-BF直接致孔技术在实施方法上更为灵活，可以实现复杂造型对象的原位致孔。

图3. 利用stBF实施方法在聚合物管状薄膜表面原位制备Ie-BF多层多孔结构

  研究团队以原花青素作为模型药物考察了利用Ie-BF薄膜作为载体实现药物加载和可控释放的性能。Ie-BF过程利用反相乳液水滴作为药物分子载体，可以在最终所制备的多孔薄膜中实现一步法的无损高效载药，在该研究所使用的配方中，可以轻易达到305.6 μg/cm²的载药量。研究团队选择了具有四种不同的本体层孔洞形貌的样品，用以比较载药薄膜的体外释放性能。结果显示四种样品都表现出前期快速、后期缓慢持续的释放特性。在前8个小时后释放量即可达到30%以上，而最长却可实现28天释放72%的缓释效果。对四种样品释放曲线进行数学模型模拟，进一步说明了该释放过程遵循Fickian扩散机制，证明Ie-BF薄膜可用作长期持续药物递送的理想材料。

图4. 加载原花青素模型药物的体外释放曲线

  该研究突破了BF类方法仅能被用以表面层孔洞结构制备的限制，通过方法学改造实现了本体层BF结构的动态可控制备，为非对称型多层多孔薄膜的制备提供了全新的思路，并开拓了该类型结构在药物加载释放领域的应用。相关研究成果以“One-Step Dynamic Fabrication of Asymmetric Multi-Layered Porous Films for Sustained Drug Delivery”为题发表在Chemical Communications（2021, DOI: 10.1039/D1CC02450G）上，宁波大学孙巍副教授为本文通讯作者，宁波大学硕士研究生崔鹏程为第一作者，温州医科大学沈利燕副研究员为本文合作通讯作者。该工作获得了宁波市自然科学基金的资助。

  宁波大学孙巍副教授领衔的团队多年来深入开展水滴模板（BF）类方法的特色性基础和应用型研究，近年来通过方法学改造，构建了BF直接致孔法、BF二次模板法、两面体粒子辅助BF法等新型BF过程策略，在聚合物材料表面快速微孔化改性、SERS功能化金属超结构阵列、基因传递等多个领域实现特色型功能应用（ACS Appl. Mater. Interfaces, 2020, 12, 47048；ACS Appl. Mater. Interfaces, 2017, 9, 4177；Chem. Commun., 2020, 56, 4808；Colloid Surface A, 2020, 603, 125183；ACS Biomater. Sci. Eng., 2019, 5, 6610）。

  论文链接：https://doi.org/10.1039/D1CC02450G