Bottlebrush polymers (BBPs) represent a class of grafted macromolecules obtaining side chains grafted per every repeating unit of a linear backbone. When chemically distinct side chains integrated in a BBP with various side chain composition or backbone sequence, the junction can be generated within the side chain or between the backbone. Thus, drastically different length scale of the self-assembly can be induced depending on the junction position. In this thesis, I explored synthesis and self-assembly of complex BBPs. With sophistically designed junctions in the bottlebrush architecture, it will offer immense potential for a well-defined nanoobject showing drastically different behavior of self-assembly depending on junction position. Firstly, I reported the backbone shiftable synthesis of Janus core-shell BBPs by moving the position of the backbone junction in the middle of core. Moving the backbone junction toward B/C interface favor to form a monolayer vesicle. Second, folding of BBPs with cross-linkable junction afforded a precision synthesis of hairy nanoparticle. Intrachain photodimerization converged the backbone into a compact globular conformation, translating the 1D molecular information into the 3D globular nanoparticle containing discrete subdomains. Lastly, I reported on a synthetic approach to monovalent gold nanoparticle (Au NP) hybrid BBP by attaching linear junction of the BBP on the Au NP. By covering the surface of NPs with linear junctions, connection of a single BBP per Au NP was occurred through the steric exclusion synthesis. Designed symmetry breaking of the BBP in a giant Au-BBP surfactant resulted in diverse organic/inorganic hybrid microphase separated structure.
보틀브러쉬 고분자는 주사슬의 모든 반복 단위에 곁사슬이 부착된 그래프트 고분자의 일종이다. 다양한 조성의 곁사슬을 부착하거나, 곁사슬을 서로 다른 배열로 주사슬에 부착되었을 때, 이음부가 곁사슬 내에 혹은 주사슬을 따라 형성될 수 있다. 삽입된 이음부에 위치에 따라 보틀브러쉬 고분자는 크게 다른 자기조립 거동이 보고되었다. 이에 착안하여 본 논문에서는, 복잡한 구조의 보틀브러쉬 고분자를 합성과 자기조립에 관한 연구를 진행하였다. 정교하게 설계된 이음부를 보틀브러쉬 아키텍처내에 구현하여, 이음부에 따라 상이한 형상을 갖는 나노입자를 합성하였다. 첫번째로 보틀브러쉬 고분자의 코어 블록내 주사슬 이음부의 위치가 이동 가능하게 하여, 주사슬이 이동 가능한 야누스 코어 쉘 보틀브러쉬 고분자를 합성하였다. 주사슬이 코어/쉘 계면에 가까이 이동하였을 때 주사슬 굽힘 에너지가 증가하면서 단일막 베지클을 형성하였다. 두번째로 가교 가능한 이음부를 갖는 보틀브러쉬 고분자의 접힘을 통해 구형의 나노입자를 정밀하게 합성하였다. 분자내 접힘 반응을 통해 1차원 보틀브러쉬 고분자의 분자 정보를 전사하여 정의된 하위 영역을 갖는 3차원 나노입자을 합성하였다. 마지막으로, 보틀브러쉬 고분자가 금 나노입자의 표면에 화학적으로 결합하도록 선형의 이음부를 도입하였다. 선형의 이음부가 금 나노입자를 감싸며 입체적 장해를 유발하여 하나의 보틀브러쉬 고분자마다 금 나노입자가 단일하게 부착된 거대 유/무기 계면 활성제를 개발하였다. 보틀브러쉬 고분자의 구조적 비대칭성을 도입하여, 거대 계면 활성제의 자기조립을 통해 다양한 유/무기 혼합 미세상 분리 구조를 구현하였다.
