侧链功能化两亲性共轭分子的合成及其应用

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共轭聚合物(conjugated polymers,CPs)是一类具有离域π电子的不饱和有机大分子聚合物,其表现出优异的光捕获和光转化能力,从而广泛应用于生物光学诊疗等研究和应用中。光热效应是指通过强度、区域可控的激光照射,利用光敏试剂将光能转化为热能,从而实现以热量杀伤病原体或者利用光敏剂升温状态释放目标物质的一种有效方法。其研究的核心在于开发能够将光信号转换为热量的光热试剂。这类光热试剂在生物医学,化学催化,光电器件和能源开发等方面具有广泛的应用。相较于其他类型的光热转换材料,如无机贵金属,金属氧化物基材料和石墨烯碳基材料,CPs具有光稳定性强,吸收因子高,结构可控性强,生物相容性高,响应光谱可调节等诸多优势,因此CPs作为光热试剂在生物光学诊疗,光热调控气体释放等方面引起了广泛关注。然而现有的CPs作为光热试剂存在分散性差,溶解度低,可利用的功能化位点较少,复合材料制备工艺复杂等诸多局限,限制了CPs的应用推广,因此亟需设计制备新型共轭聚合物基光热材料,优化传统光热试剂的结构,开发新型的制备工艺,从而指导其光热转换能力在临床以及生产中的应用。本课题针对共轭聚合物基纳米粒子稳定性差,生物相容性有待提高,共轭多孔聚合物分散性差,功能化困难等问题,充分利用共轭聚合物侧链易修饰的特点,开发新型CPs分子设计并制得两种以侧链功能化的吡咯并吡咯二酮(DPP)为构建单元的两亲性共轭聚合物:(一)基于偶联聚合反应设计并制备了可以自组装直接形成纳米粒子的线性两亲性共轭聚合物PDPP-PEG-Apt,该聚合物修饰靶向功能基团核酸适配体,用于光热疗法杀伤病原菌;(二)设计并合成了侧链官能团化的两亲性共轭多孔聚合物,并且用于近红外可控的二氧化碳(CO2)吸收和释放。本课题的研究内容具体分为以下两个方面:一、对线性共轭聚合物的侧链进行亲水性基团修饰,使其不经过后续加工即可自组装形成稳定的纳米粒子,并且通过对其进行核酸适配体修饰,实现了其光热靶向抗菌的功能。利用侧链接枝叠氮基团的DPP作为共轭单体,构建电子给体-电子受体(D-A)型共轭聚合物。同时,通过click反应引入可修饰的化学接头,接枝PEG-MAL作为亲水性侧链,构建共轭主链骨架疏水侧链亲水的两亲性聚合物,该聚合物能够在水溶液中自行组装形成纳米粒子。同时,通过调节溶液中有机相与水相的比例可以间接调控聚合物的分子行为,进而调控纳米颗粒的形态。另外,在使用迈克尔加成反应接枝核酸适配体后,增强了纳米粒子对致病性细菌的杀伤能力。二、对共轭多孔聚合物进行亲水性基团修饰,得到了两亲性多孔聚合物,实现共轭多孔聚合物的近红外光响应二氧化碳可控释放。以DPP-N3为基本结构单元构建了多孔非晶共轭骨架,利用click反应对该骨架侧链修饰胍基。CPs分子内较强的电子给体-电子受体(D-A)结构间的相互作用赋予该聚合物较强的近红外光响应能力以及较高的光热转换性质,在不破坏自身共轭的前提下,使其结构发生扭转,减弱了分子之间的强π-π堆积作用,赋予该共轭聚合物介孔及高比表面积性质。修饰的侧链改善了共轭体系的分散性,并且提供了CO2响应位点对CO2具有较强的吸附能力,同时,实现利用其近红外光响应的光热效应调控CO2的吸收和释放。
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