Unprecedented Self-Assembly in Dilute Aqueous Solution of Polyethyleneimine: Formation of Fibrillar Network

水溶液 质子化 聚电解质 阳离子聚合 化学 自组装 化学工程 高分子化学 结晶学 聚合物 有机化学 离子 工程类
作者
Mehak Jain,Jyoti R. Seth,Lohitha R. Hegde,Kamendra P. Sharma
出处
期刊:Macromolecules [American Chemical Society]
卷期号:53 (20): 8974-8981 被引量:9
标识
DOI:10.1021/acs.macromol.0c01501
摘要

Polyethyleneimine (PEI), a cationic polyelectrolyte, finds great utility as a nonviral gene transfection vector. The mechanism of gene delivery process across the cell membrane through PEI-based polyplexes is still much debated; however, a general consensus is that the proton binding-based PEI conformational changes occur as the pH alters during the process. Taking a step back, even the understanding of wide pH range (from 1 to 10) dependent conformational changes for neat PEI in explicit water remains elusive. In pursuit of this objective, using a combination of optical and electron microscopy, we observed that a dilute aqueous solution of linear or branched PEI (Mw ranging from 0.8 to 750 kDa) at room temperature and having pH in the range 2.5–4 undergoes a completely novel and highly unprecedented slow self-assembly process to form a micrometer-sized thick fibrillar network. These self-assembled structures are highly robust, irreversible, and interestingly, generic for PEI and form over 24–72 h in a dilute aqueous solution irrespective of the molecular weight and configuration of PEI. A combination of turbidity and acid titration experiments on PEI aqueous solutions having different pH values reveal that the mechanism of this hierarchical self-assembly (between pH 2.5-4) can be explained by the unique protonation behavior of PEI chains and their ability to undergo conformational/morphological transitions.

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