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金剛烷改性超支化聚縮水甘油制備溫敏性聚合物及自組裝研究

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金剛烷改性超支化聚縮水甘油制備溫敏性聚合物及自組裝研究    |    2017-10-09  |   
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溫度響應性聚合物是一類能夠對外界環境溫度變化產生響應的智能聚合物,在生物醫學領域有著廣泛的應用前景。溫度響應性聚合物的特點之一就是具有臨界溶解溫度(Critical solution temperature, CST),在此溫度,聚合物溶液將發生不連續的相轉變。溫度響應性聚合物可以分為具有最低臨界溶解溫度(lower critical solution temperature, LCST)和最高臨界溶解溫度(upper critical solutiontemperature, UCST)兩類聚合物。對于具有LCST的水溶性溫敏聚合物,當聚合物水溶液溫度升高到LCST以上時,聚合物水溶液出現渾濁;而當溫度降到LCST以下時,溶液又恢復無色透明。具有UCST的聚合物則與之相反,當聚合物水溶液溫度升高到UCST以上時,聚合物水溶液是澄清透明的;而當溫度降到UCST以下時,溶液出現渾濁。多數溫度響應性聚合物具有LCST,如聚N-異丙基丙烯酰胺(PNIPAM)、聚甲基丙烯酸-N,N-二甲氨基乙酯(PDMAEMA)等。

樹狀支化聚合物具有三維支化結構和大量末端功能基團,這種獨特的分子結構使其具有特殊的物理化學性質,因而在生物醫藥領域比線性聚合物更具優勢。近年來,人們已經開始利用樹狀支化聚合物來制備溫度響應性聚合物,并在藥物輸送、分離工程以及納米膠囊催化等領域進行了初步的應用研究。通常制備溫度響應性樹狀支化聚合物的方法可以分為兩大類。一類是將具有溫度響應性的鏈段或基團,如PNIPAMPDMAEMA等,接枝到樹狀支化聚合物的外圍。例如,Kono等將溫敏性的異丁基酰胺基團接枝到聚酰胺胺(PAMAM)和聚丙烯亞胺(PPI)樹枝狀大分子的末端,使PAMAMPPI具有溫度響應性,并發現其LCST隨著樹枝狀大分子代數的增加而降低。潘才元等將溫敏性的PNIPAM鏈段接枝到樹枝狀大分子表面制備了溫度響應性星狀聚合物。洪海燕等將溫敏性的PDMAEMA鏈段引入超支化聚醚HBPO的表面制備了對溫度敏感的HBPO-star-PDMAEMA聚合物。另一類方法是將親水或疏水的鏈段或基團引入到樹狀支化聚合物結構中,通過改變體系中親水和疏水基團的平衡從而使聚合物具有溫敏性。例如Parrot等合成了溫度響應性樹枝狀脂肪族聚醚,它內部是疏水的碳硼烷基團,外部是親水的羥基,研究發現這二者之間的親疏水平衡是導致該聚合物具有溫敏性的主要原因。賈志峰等采用1,4-丁二醇二縮水甘油和三元醇制備了溫度響應性超支化聚合物,并發現其LCST可以通過改變1,4-丁二醇二縮水甘油和三元醇的投料摩爾比來調節。

超支化聚縮水甘油(HPG)是一種水溶性超支化聚合物,具有低毒性和良好的生物相容性。HPG的優良特點使它在納米膠囊和給藥體系,抗蛋白吸附材料以及生物催化與膜分離等生物醫學領域得到了良好的應用。毫無疑問,賦予HPG溫敏性能將大大擴展其在生物醫學領域的應用前景。然而到目前為止,文獻報道的基于HPG的溫敏性聚合物還不是很多,而這些文獻都是采用前面介紹的第一類制備溫敏性樹狀支化聚合物的方法,即接枝溫敏性鏈段或基團到HPG表面從而賦予HPG溫敏性。例如,Wan等人制備了以HPG為核,交聯的聚(N,N-二甲氨基丙烯酸酯)(PDMAEA)為內殼,溫敏性聚合物PNIPAM為冠的溫敏性聚合物。BrooksKizhakkedathuHPG為核,通過接枝PNIPAM和聚(N,N-二甲基丙烯酰胺)(PDMA)到HPG表面,制備了溫敏性雜臂星狀共聚物。FreyKono等分別報道了接枝溫度敏感的NIPAM基團到HPG表面,得到溫度和pH雙重敏感的聚合物。他們發現這種溫敏性聚合物可有效地用于封裝金納米粒子和生物活性分子。

周永豐等人通過1-金剛烷酰氯和HPG的酯化反應合成了一系列不同接枝率的金剛烷改性的超支化聚縮水甘油HPG-AD,如圖所示。發現具有一定接枝率的HPG-AD在水溶液中能表現出明顯的溫度響應性。結合UV-VisDLS、變溫1H NMRTEM等測試手段對HPG-AD的溫度響應性和自組裝行為進行了詳細表征,并利用金剛烷和β-CD間高度識別的主客體相互作用,通過加入不同量的β-CD實現了在一個很寬的溫度范圍內對體系LCST的調控。采用MTT法對金剛烷改性后聚合物的細胞毒性進行了評價,發現金剛烷基團的引入使HPG的細胞毒性大大增加,但當加入β-CD后,其細胞毒性又可相應地被抑制。

文獻:Xiaoyi Sun,Yongfeng Zhou,Deyue Yan. Macromol. Chem. Phys.2010, 211:1940–1946.


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