葡萄糖功能化的温敏性双亲水共聚物的设计、合成及其自组装

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近年来,温敏性双亲水共聚物胶束作为一种新型的功能性高分子材料因其形貌结构的可控制性、响应温度的可调节性和优异的生物相容性在生物材料领域备受关注。含糖单元的加入很大程度上提高高分子材料的水溶性、降低材料对细胞的毒性,使含有糖基单元的功能性聚合物的合成与应用研究逐渐成为研究热点。
  本课题在大量前人研究工作的基础上,利用可逆加成-断裂链转移(RAFT)聚合方法设计并制备了一系列基于不同温敏单体的新型温敏性含糖聚合物,通过各种表征手段确认其化学结构,应用分子自组装技术获得了含糖温敏性的纳米胶束,系统研究了其温度敏感特性、其对蛋白质的特异性识别能力以及其生物相容性的研究。
  论文第一章概述了基于PNIPAm和基于PDEGMA的温敏性聚合物的合成方法及其应用研究,并且简单介绍了含糖共聚物的相关研究背景。
  第二章,主要内容是通过结合酶催化化学法与RAFT聚合技术合成了一系列基于不同温敏单元的含糖温敏性共聚物,并使用不同的表征手段对含糖共聚物的结构进行确认。为了使聚合物兼具生物活性和温敏性,我们将酶促法合成的含糖单体6-O-乙烯基己二酸-D-葡萄糖酯(OVAG)与温敏性单体N-异丙基丙烯酰胺(NIPAm)、二聚乙二醇单甲醚甲基丙烯酸酯(DEGMA)分别通过RAFT聚合生成一系列具有不同结构的含糖温敏性共聚物P(NIPAm-co-OVAG)-b-PNIPAm、P(NIPAm-co-OVAG)、P(DEGMA-co-OVAG)、PDEGMA-b-POVAG。利用核磁共振氢谱(1H NMR)、傅里叶红外光谱(FT-IR)和凝胶渗透色谱(G PC )对聚合物的化学组成和分子结构进行了表征。结果表明,含糖温敏性聚合物的化学组成与实验设计时的投料比例相一致;利用RAFT聚合技术可以制备结构规整的嵌段聚合物,且所得聚合物具有较窄的分子量分散宽度(分布在1.2左右);PDEGMA的分子量与单体转化率呈线性关系,这说明聚合物的分子量可以通过RAFT聚合技术进行有效控制。
  第三章,在第二章研究的基础上,将含糖温敏聚合物溶于水通过分子自组装技术形成纳米胶束,然后分别对含有不同温敏单元、不同化学结构的聚合物溶液的温敏性及其胶束自组装机理进行了深入研究。利用紫外可见分光光度计研究了含糖温敏性聚合物的低临界溶解温度(LCST),无规共聚物P(NIPAm-co-OVAG)的LCST分别为36、37、38℃、嵌段共聚物P(NIPAm-co-OVAG)-b-PNIPAm的LCST分别是33、35.5、36.5℃、无规共聚物P(DEGMA-co-OVAG)的LCST分别是30、32、36℃、嵌段共聚物PDEGMA-b-POVAG的LCST是31℃,并且我们还发现含糖温敏性共聚物的LCST随着含糖单体组分在聚合物中的含量的增加而增加。以芘为荧光探针通过荧光光谱测定了含糖温敏性聚合物在水溶液中的临界胶束浓度(CMC ),P(NIPAm-co-OVAG)和P(NIPAm-co-OVAG)-b-PNIPAm的CMC分别是0.19和0.31g/L。用动态光散射(DLS)和静态光散射(LLS)分别测定了不同温度下聚合物胶束在溶液中的流体力学半径(Dh)和均方旋转半径(Rg),我们发现随着温度的升高胶束的粒径先不变后增大再不变,还发现含糖共聚物胶束发生了无规线团向球形结构转变的过程。最后利用透射电子显微镜(TEM)观察制备的纳米胶束的形貌,发现所制备的胶束具有规整的球形结构而且结构的尺寸相对均匀。研究表明:采用RAFT聚合制备的含糖温敏性共聚物可以在水溶液中自组装成近似球形的纳米粒子,其LCST可以通过聚合组分的比例精确的调节。本研究不仅丰富了具有生物应用功能的聚合物体系,而且扩展了含糖聚合物的应用范围。
  第四章,我们以分子自组装技术构建的含糖温敏性聚合物胶束为研究对象,分别研究了含糖温敏性聚合物结构对蛋白质识别能力的影响、环境温度对蛋白质识别的影响、含糖温敏性聚合物胶束对荧光标记蛋白质的识别和检测、蛋白识别前后含糖聚合物胶束的细胞毒性变化。结果显示,随着含糖比例的升高,含糖温敏性聚合物胶束对蛋白质识别能力逐渐上升;聚合物结构的规整度越高,胶束对蛋白质的识别效率越高;温度越高,自组装形成的胶束的灵活性越差,其对蛋白质的识别能力下降;构建的聚合物胶束都具有非常低的细胞毒性,优异的细胞相容性,而且识别了ConA的胶束对于癌细胞有促进凋亡的作用。这些结果使得本研究在蛋白识别和药物载体领域都具有广阔的前景和价值。
  第五章,我们对课题中的主要内容进行了总结,并对其研究前景进行了展望。
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