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刺激响应型组装体对外界环境具有明确的可调节响应机制及靶向定位能力,在药物缓释、生物成像、光电催化等领域具有巨大的应用前景。组装体通过对外界的pH值、氧化还原、温度、光电、磁等产生刺激响应,改变物理或化学性质,实现药物释放或其他预期目的。与之变化的应用需求,如何可控构筑兼具功能性和响应性的超分子组装体引起了研究者的广泛关注。 分级自组装为构筑复杂拓扑结构,合成具有动态可调节性能的超分子材料提供有效手段,惠及纳米技术和材料科学,吸引众多研究者的兴趣。分级自组装过程中,构筑模块通过非共价键作用逐级预组装构筑更加高级的功能组装体,实现强化光捕获、传感、催化等特殊功能。分级组装构筑模块的构建目前主要包括:通过电荷转移作用供体-受体超分子结构、主客体协同效应超分子结构、金属配体作用超分子结构等。其中,主客体包结是一种有效的构筑分级组装体的作用力,预组装模块通过协同效应获得更加高级有序的自组织功能体,获得预期性能。 本论文以共价键和非共价键构筑的双亲性分子为基础,利用疏水作用构筑超分子囊泡:一方面,以环糊精衍生物为模板,与偶氮苯为焦点的超支化分子基于主客体包结形成双亲性粒子进一步组装构筑光响应型超分子囊泡结构,另一方面,壳寡糖分子链骨架上接入二茂铁基团,构筑pH和氧化双响应型纳米粒子。具体内容包括以下三部分: 第一部分:原卟啉桥连Janus粒子的分级组装行为研究 运用分级组装技术,首先将环糊精修饰到原卟啉的双羧基基团上获得双环糊精修饰的原卟啉(PPIX-2CD)桥连基分子,偶氮苯为焦点引发得到超支化亲水/疏水超支化分子。通过共溶剂DMF中缓慢滴加水诱导环糊精和偶氮本主客体识别,构筑原卟啉桥连的双亲性Janus粒子(9.5 nm)构筑模块,尺寸恰好与PPIX-2CD与超支化聚合物的尺寸之和一致。这些构筑模块可进一步通过π-π堆积和疏水作用协同二次组装,构建分散度相对较小的囊泡结构(694 nm)。 第二部分:原卟啉桥连Janus粒子构建的囊泡对光刺激响应性及其在光学催化应用 运用自下而上的分级组装技术在发展具有催化功能的纳米结构材料具有巨大的应用潜力。基于第一部分工作,分级自组装得到的囊泡状组装体,PPIX处于特殊的空间排布,有利于供体与受体分子产生协同作用实现光电子转移功能。光照改变偶氮苯的顺反异构改变可实现组装体可逆解组装。组装体针对氙灯辐射具有稳定性,降低紫外辐射降解速率。基于以上实验结果,通过单线态氧的产率,中性环境的质子还原、光化学除溴实验证明该组装体具有优秀的光电子转移的催化性能。 第三部分:二茂铁修饰壳寡糖的响应型组装体及其载药性能研究 具有生物可降解性和生物相容性的糖基或糖基衍生物构筑的具有刺激响应性的纳米粒子在药物缓释领域具有巨大的应用价值。我们详细研究了二茂铁修饰的壳寡糖自组装得到纳米粒子的pH值和氧化响应性。该纳米粒子的分散能力强烈依赖于pH值的变化,NaClO、H2O2和氧气作为氧化剂可促进组装体解组装。5-氟尿嘧啶作为药物模型能够有效负载(56.80%)。在体外释药实验中,随着pH值从7.4降低到3.8,累积释放率从29.15%增加到49.02%;在氧气和pH3.8时,二茂铁和质子化的氨基产生协同作用显著促进药物释放,累积释放率达到59.64%。