碳纳米点偶联聚乳酸基两亲性嵌段共聚物的自组装研究

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两亲性嵌段共聚物(ABCs)制备的组装体在药物递送领域中一直极具吸引力。这是由于他们的尺寸易控并且刷状的亲水性隐形外壳还可以延长药物在血液中的循环时间,促进了药物的高效利用。众所周知,聚乳酸(PLA)是具有生物可降解性和良好生物相容性的疏水性聚酯,因此PLA基的ABCs的组装体一直以来都是药物递送系统中的重要载体之一。但由于ABCs在化学合成方面的灵活选择性,设计用于药物递送的新型ABCs仍有很大的研究空间。并且ABCs的自组装行为不仅与聚合物的组成有关,也与其链的结构以及聚合物和溶剂之间的作用力都密切相关。因此,自组装形态的观测和调控仍是设计具有卓越性能和独特功能的纳米材料的前沿性研究。迄今为止,PLA-b-聚乙二醇(PEG)嵌段共聚物胶束已被视为药物递送研究的“黄金标准”。因此本课题选用已被广泛研究的PLA-b-PEG嵌段共聚物作为基体,偶联合成简单、无毒且生物相容性好的荧光碳纳米点(CNDs),通过激光共聚焦显微镜(CLSM)和透射显微镜(TEM)来表征PLA-b-PEG-g-CNDs共聚物的自组装形态,以探索CNDs在研究ABCs自组装聚集体的形成机理中的应用前景。主要结论如下:(1)碳纳米点的合成及发光机理的研究:以柠檬酸作为碳源,尿素作为氮源,采用一步溶剂热法,通过改变溶剂、温度和时间,能够合成一系列从蓝光到黄光的发射差异较大的功能性氮掺杂碳纳米点(N-CNDs),即通过改变合成条件,可以实现对荧光N-CNDs的荧光性质的调控。另外,我们通过HRTEM、13C NMR、XRD等表征手段,多角度证明该方法制备的CNDs是sp2碳和sp3碳共存、具有多层石墨烯结构的准球形纳米颗粒。而FTIR和XPS等测试,表明该法制备的CNDs的表面富含氨基和羧基。又通过这些表征结果,进一步探究得到该种类N-CNDs的光致发光主要归因于其表面缺陷态发光,且N-CNDs中的吡咯氮含量越高,其荧光量子产率越高;而羧基含量越高,其发射波长越长。该法合成的碳纳米点具有可调谐的发光性能,使其有望成为ABCs的自组装研究中十分有潜力的荧光探针。(2)以甲氧基聚乙二醇(mPEG2k)作为大分子引发剂,辛酸亚锡(Sn(Oct)2)作为催化剂在甲苯溶液中对左旋丙交酯(L-LA)进行开环聚合反应(ROP),并通过调控mPEG和L-LA的投料比能够制备出相应亲疏水嵌段比的mPEG-b-PLLA共聚物。DLS和TEM的结果共同表明,所合成的不同亲疏水嵌段比的mPEG-b-PLLA聚合物在水相中皆以较大的蠕虫状胶束或较小的球形胶束形态存在。并且随着mPEG-b-PLLA的亲水性越强,越容易组装成球形胶束,而随着聚合物的疏水性越强,则更容易组装成蠕虫状胶束。通过化学反应在mPEG-b-PLLA的疏水链端成功接枝了 N-CNDs荧光探针,得到了 mPEG-b-PLLA-g-N-CNDs共聚物。通过TEM、CLSM、PL等测试,表明mPEG-b-PLLA共聚物接枝上N-CNDs后,聚合物不仅具有了荧光成像能力,而且N-CNDs也未对其自组装形貌产生明显影响。并通过与传统的有机荧光染料对比,N-CNDs表现出优越的荧光稳定性,表明其可以作为高效荧光探针去深入探究ABCs的自组装机理。(3)通过对结晶诱导的mPEG-b-PLLA与mPEG-b-PDLA互补对映异构体自组装行为研究,发现与单一异构体的自组装相比,不同亲疏水嵌段比的互补对映异构体的自组装形态中球形胶束仍然存在,而长的蠕虫状胶束变为短棒状胶束和菱形片层结构。形态变化主要是由于单一异构体自组装中的亲疏水作用主导驱动力,而互补对映异构体的自组装中立构复合结晶为主导驱动力,其既阻止了球形胶束的外延生长,又诱导聚合物链以规整状态折叠,从而生成菱形片层的组装形态。当互补对映异构体接入不同发光的CNDs荧光探针后,单一组分中有稳定的自组装形貌和较为明亮的发光,等摩尔比的双组份下也有复合荧光的组装体形貌。通过TEM和CLSM测试,表明CNDs的接入对单一聚合物的自组装不会造成明显的影响,但会阻碍互补对映异构体链间的氢键作用,从而抑制立构复合晶的形成,影响互补对映异构体的自组装形貌。因此CNDs在互补对映异构体的自组装中不仅可以起到成像作用,还有一定的形貌调控作用。
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