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聚氨基酸具有良好的生物相容性,生物降解性和规整的二级结构,可作为生物医学材料应用。如果聚氨基酸具有两亲性,能够自组装形成纳米尺寸的胶束粒子,有望作为药物释放载体。本论文通过N-羧酸酐(NCA)开环聚合的方法合成了一系列具有两亲性的聚氨基酸无规共聚物和嵌段共聚物。其中选用丙氨酸和谷氨酸苄酯(BLG)作为疏水氨基酸,谷氨酸一乙二醇单甲醚酯(EGnG)和羟丙谷氨酰胺(HPG)作为亲水氨基酸,与三聚光气反应得到其N-羧酸酐(NCA),再分别通过混合两种NCA单体,同时开环聚合和分步添加单体逐步开环聚合的方法,分别合成聚氨基酸无规共聚物和嵌段共聚物。
在对PEGnG的研究中发现,聚(谷氨酸一单乙二醇单甲醚酯)(PEG1G)由于亲水侧链较短,对聚谷氨酸亲水性的改善不够明显,在水中无法溶解。聚(谷氨酸-二乙二醇单甲醚酯)(PEG2G)由于亲水侧链较长,使得它的亲水性较强,样品能够完全溶于水中,溶解度0.05g/ml。在PEG2G的水溶液中,α-螺旋结构含量很高。主要是由于乙二醇侧链极度亲水,在水溶液中处于相对伸展的状态,减小了对主链的拉伸,不会影响到主链α-螺旋结构的形成,同时保护了主链内部形成的氢键。在固体状态下,PEG1G由于侧链短,不会干扰主链骨架内部氢键的形成,所以在固态下PEG1G主要以α-螺旋结构的形式存在。然而,PEG2G由于侧链较长,在固化的相分离过程中乙二醇侧链发生聚集,对主链骨架产生较强的拉伸作用,影响了主链骨架内部氢键的形成,破坏了α-螺旋结构的稳定性。在固化过程中主链原本形成的高压缩比的α-螺旋结构遭到破坏,固体状态下PEG2G整体α-螺旋结构比例随之降低,β-折叠或无规线团结构比例增加。
利用聚(谷氨酸-二乙二醇单甲醚酯)(PEG2G)的亲水性,制备合成了一系列不同比例的聚(谷氨酸苄酯-co-(谷氨酸-二乙二醇单甲醚酯))无规共聚物(P(BLG-co-EG2G))和聚谷氨酸苄酯-b-聚(谷氨酸-二乙二醇单甲醚酯)嵌段共聚物(PBLG-b-PEG2G)。由于聚谷氨酸苄酯较易形成α-螺旋结构,随着无规共聚物P(BLG-co-EG2G)中BLG比例的增加,PEG2G链段被隔离成较短的聚氨基酸片断,使固化过程中,乙二醇侧链对主链造成的拉伸作用降低,主链中β折叠结构的比例相对减低,而α-螺旋结构的比例相对增加。然而,无规共聚物中,PBLG也被隔离成了较短的片断,也在一定程度上会影响到PBLGα-螺旋结构的形成。随着嵌段共聚物中PBLG链段的增加,嵌段共聚物PBLG-b-PEG2G中α-螺旋结构的比例增加。相同单体比例的共聚物中,嵌段共聚物具有更高的α-螺旋结构含量。研究结果显示无规共聚物和嵌段共聚物均具有两亲性,在水溶液中可以自组装形成胶束,其中无规共聚物(P(BLG-co-EG2G))在水溶液中可以自组装形成100-200nm的球形胶束粒子。PBLG由于具有较高的α-螺旋结构,造成其自组装过程中界面曲度较低,所以嵌段共聚物(PBLG-b-PEG2G)在水溶液中自组装形成长约1000nm,宽约500nm的中空的棒状聚集体。
利用聚(羟丙谷氨酰胺)(PHPG)的良好亲水性,制备合成了一系列不同比例的聚(L-丙氨酸-co-羟丙谷氨酰胺)(P(A-co-HPG)无规共聚物和聚(L-丙氨酸)-b-聚(羟丙-L-谷氨酰胺)(PA-b-PHPG)嵌段共聚物。研究发现两种共聚物一样具有两亲性,在水溶液中也能够自组装形成胶束。但由于无规共聚物中亲水链段平均尺寸较短,在水溶液中自聚集以后,造成亲水链段无法完全伸展,相同分子量下,无规共聚物的胶束尺寸较嵌段共聚物要小,所形成的胶束的形态也没有嵌段共聚物规整。