由电空间相互作用调控的分子货物进入中空水凝胶的非平衡摄取动力学

本工作中，我们结合唯象有效伴溶质–水凝胶相互作用势与动态密度泛函理论，研究了浸没于 1:1 电解质水溶液中的孤立带电中空水凝胶对带电及偶极伴溶质完整的非平衡封装动力学。我们的分析涵盖了广泛的伴溶质价态 z_c 与电偶极矩 mu_c，以及水凝胶溶胀状态与电荷密度。计算表明，在接近塌缩态时，极性伴溶质主要被排斥，且封装过程受聚合物网络施加的排除体积相互作用强烈阻碍。依据 z_c 的符号与数值以及 mu_c 的数值，发现了不同的平衡与动力学吸附态（界面 versus 内部）。对于与水凝胶同号电荷的伴溶质，空间与静电排斥的叠加导致“相互作用控制”的封装过程，其中填充水凝胶空核的特征时间随 z_c 指数增长。另一方面，对于与水凝胶异号电荷的伴溶质，我们发现“扩散控制”动力学态，伴溶质倾向于快速吸收进水凝胶膜，封装速率仅取决于伴溶质跨膜扩散时间。最后，我们发现增大 mu_c 会促进亚稳与稳定表面吸附态的出现。当 mu_c 足够大时，动力学进入“吸附阻碍扩散”态，增强的表面吸附形成势垒并减缓摄取。