基于胆甾基的碳酸酯液晶材料的合成及性能研究

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两亲性聚合物可通过相分离制备具有不同拓扑结构形貌的有序功能纳米材料,并被广泛用于生物医药领域中。脂肪族聚碳酸酯具有良好的生物可降解性、生物相容性以及无毒性,可通过侧链功能基团的引入调控其物理化学和生物学性质,以更好地适应细胞或组织器官的粘附、生长等需求,也可用来构建两亲性嵌段共聚物的疏水链段。胆甾醇是哺乳动物细胞膜的重要结构成分,具有高度疏水性的骨架,将其引入聚合物中不仅会增加生物相容性,形成的液晶相的有序排列又可为自组装提供驱动力,且能对温度、应力、光、电、磁等外界条件的改变产生响应。胆甾醇功能化的两亲性聚合物已成为自组装研究的一部分,其作为药物纳米载体呈现出良好的生物形容性,且可实现被动靶向,产生明显的抗肿瘤效果。目前,将胆甾液晶引入到脂肪族聚碳酸酯侧链的报道很少。本文设计与合成了新型的基于胆甾基的液晶化合物、环状碳酸酯液晶单体、以及两亲性聚碳酸酯液晶共聚物,深入系统地探讨了结构与其性能之间的关系。合成的环状碳酸酯液晶单体可以用来构建新型的脂肪族聚碳酸酯或其他嵌段共聚物材料,而两亲性聚碳酸酯液晶共聚物可用来构建一种新型功能性的具有刺激响应的药物纳米载体。具体研究内容如下:论文第二章中,设计合成了基于胆甾基的四种液晶中间体(C1-C4)与四种环状碳酸酯类液晶单体(M1-M4),利用FT-IR与1H NMR对其进行了结构表征,利用POM、XRD及DSC对其进行了液晶性能的表征,并探究了柔性间隔基长度对其性能的影响,结果表明产物均符合分子设计,且液晶中间体(C1-C4)均为双致变液晶,其柔性间隔基长度会对液晶相态以及液晶分子排列产生一定的影响,此外,随着柔性亚甲基个数的偶数增加,液晶中间体的熔点(Tm)、液晶相之间的转变温度以及清亮点(Ti)都呈现出降低的趋势,且液晶温度区间变窄。四种液晶单体(M1-M4)均为双致变液晶,呈现出近晶A相的焦锥织构,且均为双分子层交叉有序排列。此外,除M1外,随着柔性间隔基个数的偶数增加,液晶单体M2-M4的玻璃化温度(Tg)与清亮点呈现出降低的趋势,且液晶相温度区间变窄。论文第三章中,设计合成了基于胆甾基的两亲性聚碳酸酯液晶共聚物[mPEG43-b-P(MCC-Cn)51(n=1-4)]系列与侧链既含羧基又含胆甾基的两亲嵌段共聚物Pn系列,系列内与系列间的差别分别为连接主侧链的柔性间隔基长度不同与侧链液晶基元的接枝率不同。利用FT-IR、1H NMR、GPC、POM、XRD、DSC及TGA对其进行了结构与液晶性能的表征,研究发现,mPEG43-b-P(MCC-Cn)51系列中,n=1时没有液晶性,其他三种均为近晶A相双致变液晶,且均为双分子层交叉有序排列。此外,随着柔性间隔基个数的偶数增加,mPEG43-b-P(MCC-Cn)51呈现出Tg降低,Ti升高的趋势,因此液晶相温度区间变宽。Pn系列中只有P3呈现液晶性,且随着侧链柔性间隔基长度的增加,Pn系列的Tg呈降低趋势。与对应的mPEG43-b-P(MCC-Cn)51系列相比,Pn系列由于侧链胆甾基接枝率低而呈现出较低的Tg。TGA结果表明,侧链胆甾液晶基元的引入可大幅度提高共聚物的热稳定性。论文第四章中,以功能化聚碳酸酯液晶共聚物Pn为主体,进行了自组装行为、以DOX为药物模型的体外释药行为及细胞毒性的相关研究,结果表明:(a)可通过改变选择性溶剂、共聚物溶液浓度、pH、温度及共聚物结构等实验条件实现对共聚物自组装聚集体的粒径大小与形貌的可控调节,且可通过在聚合物中引入液晶性基元提高自组装聚集体的稳定性。(b)选择合适的溶剂如四氢呋喃、弱酸性或中性条件、赋予共聚物液晶性均可有效提高共聚物的载药量与包封率。弱酸性条件与升高温度会加快载药胶束的释药速率,当在37℃下pH=5.4的弱酸性条件下,P3载药胶束24 h后药物累计释放量可达到85%,因此,该共聚物载药胶束在肿瘤细胞的弱酸性条件下可实现pH触发的药物快速释放。(c)P3共聚物对正常细胞与癌细胞均不会产生细胞毒性,且P3载药胶束可通过内吞方式进入细胞,能够有效地将药物递送到肿瘤细胞内部并产生较为明显的抗肿瘤效果。论文第五章总结了本论文的研究内容,并对功能化聚碳酸酯液晶共聚物的进一步发展与应用进行了展望。
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