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多重刺激响应性聚合物是指自身能够对两种或者两种以上外界环境变化作出响应的一类聚合物,因此具有智能化的特点,这使得它们在药物负载、控制释放和靶向传输等领域具有很大的应用价值。目前有关多重刺激响应性聚合物的研究均集中于各类具有特定拓扑结构的共聚物。而对多重刺激响应性均聚物的合成以及性质研究目前报道很少,对其研究仍存在很大的空白。本论文基于成熟的有机小分子合成方法,利用高效简便的氮杂Michael加成反应将两个具有不同刺激响应行为的基团引入到同一单体中,并通过RAFT均聚直接合成得到相应的具有不同刺激响应性的均聚物。这种合成多重刺激响应性均聚物的方法不仅更加简单方便,而且由于氮杂Michael加成反应具有良好的基团耐受性,我们可以通过筛选合适的原料得到一系列具有各种不同刺激响应性的均聚物,可为理论研究提供更多结构新颖的模型化合物。概括起来,本论文的研究工作可以分为以下四个部分: 一、具有温度/pH/CO2三重响应性的均聚物poly(NIPAM-DEAE-AM) 以N-异丙基丙烯酰胺和N,N-二乙基乙二胺为原料,经过高效简便的氮杂Michael加成反应和丙烯酰氯的酰胺化反应,两步合成得到了丙烯酰胺类单体NIPAM-DEAE-AM。通过可逆加成断裂链转移(RAFT)聚合技术对该单体进行了均聚,制备得到了一系列具有不同分子量的结构规整的均聚物poly(NIPAM-DEAE-AM)。该均聚物含有具备温度响应性的NIPAM基团和具备pH/CO2响应性的DEAE基团,因此兼具温度、pH和CO2刺激响应性。利用紫外光谱(UV-vis)对所得均聚物的水溶液的刺激响应性行为进行了研究,发现该均聚物的水溶液存在可逆的温度响应性行为,而且其温度响应性分别受均聚物分子量、均聚物浓度、离子强度、pH值和CO2等因素的影响。其中,当溶液的pH值从7.5升高到10.0,该均聚物的低临界溶解温度(LCST)会随之从44.4℃降低到24.4℃;同时,二氧化碳气体可以在不添加任何酸碱试剂的情况下,作为一个独特的刺激源来调节均聚物在水中的溶解性。 二、具有温度/pH/CO2三重响应性的均聚物poly(MEOm-DEAE-AM) 选用具有更好生物相容性的寡聚乙二醇作为温敏基团,以丙烯酸寡聚乙二醇酯和N,N-二乙基乙二胺为原料,经过氮杂Michael加成反应和酰胺化反应,两步合成得到了三种丙烯酰胺类单体MEOm-DEAE-AM(m=1,2,3)。通过RAFT聚合得到一系列具有不同分子量的结构规整的均聚物poly(MEOm-DEAE-AM)(m=1,2,3)。利用UV-vis对所得均聚物的水溶液的刺激响应性行为进行了研究,发现均聚物的水溶液存在可逆的温度响应性行为,而且其温度响应性分别受寡聚乙二醇长度、均聚物分子量、均聚物浓度、离子强度、pH值和CO2等因素的影响。以均聚物poly(MEO1-DEAE-AM)为例,当溶液的pH值从9.0升高到10.0,该均聚物的LCST会随之从55.2℃降低到40.3℃;而且二氧化碳气体也可以作为一个独特的刺激源来调节均聚物在水中的溶解性。聚乙二醇良好的生物相容性和CO2作为响应触发气体的绿色无毒性,使得该类多重刺激响应性均聚物在可控药物释放和生物传感器方面具有潜在的应用价值。 三、具有氧化还原/pH/CO2三重响应性的均聚物poly(Fc-DEAE-AM) 我们尝试将具有氧化还原性质的二茂铁基团引入到多重刺激响应性均聚物体系中,以二茂铁甲酸和丙烯酸羟乙酯为原料,首先制备了丙烯酸-2-二茂铁酰氧基乙酯(AEFC),再通过AEFC和N,N-二乙基乙胺之间的氮杂Michael加成反应将两个响应基团连接,再通过丙烯酰氯的酰胺化反应合成了丙烯酰胺类单体Fc-DEAE-AM,最后利用RAFT聚合得到了同时具有氧化还原/pH/CO2响应性的均聚物poly(Fc-DEAE-AM)。由于该均聚物含有具备pH/CO2响应性的DEAE基团,因此其水溶液存在pH响应性相转变行为,荧光探针法和透射电镜(TEM)的结果显示,该均聚物在酸性水溶液中形成稳定的球形胶束。同时,二氧化碳气体可以作为一类独特的刺激源在水溶液中与叔氨基团发生质子化反应生成叔胺盐正离子,并可以通过交替通入二氧化碳和惰性气体可逆地调节均聚物在水中的溶解性。由于二茂铁具有氧化态亲水、还原态疏水的特性,该均聚物的水溶液还可以通过氧化还原刺激来调控其相转变行为。 四、具有CO2和O2双重气体响应性的均聚物poly(TF-DEAE-AM) 以丙烯酸三氟乙酯和N,N-二乙基乙二胺为原料,经过Michael加成反应和酰胺化反应,两步合成得到了丙烯酰胺类单体TF-DEAE-AM,然后通过RAFT聚合得到了一系列具有不同分子量的结构规整的均聚物poly(TF-DEAE-AM),利用核磁共振氢谱(1H NMR)和动态光散射(DLS)研究了该均聚物水溶液的氧气和二氧化碳刺激响应性。利用基于PEG的大分子链转移试剂,通过RAFT聚合得到了两亲性嵌段共聚物mPEG-b-P(TF-DEAE-AM),利用荧光光谱、1H NMR、DLS和TEM分别研究了该共聚物的自组装行为及其水溶液的O2和CO2刺激响应性。通过这种双重气体刺激性,我们可以根据需要通过鼓入O2和CO2来调控胶束内部疏水分子的释放速率,为药物缓释和靶向给药提供了一种新思路。