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超支化多臂共聚物同时拥有线形聚合物以及超支化聚合物的性质,近年来成为国际学术界和工业界的一个共同研究热点。超支化多臂共聚物组装体具有以下性能,如形貌的多样性、大量的表面官能团、大量的分子内空隙及敏感的刺激响应性等。因而作为聚合物自组装研究领域中一个新兴的的研究分支,将在药物载体和药物可控缓释、细胞模拟、微电子、光电材料等研究领域具有重要的研究价值和潜在的应用前景。但是,与线性嵌段共聚物的自组装研究相对比,超支化多臂共聚物的自组装研究较晚,有很多关键性问题还没有解决,如:研究聚合物的分子结构和组装行为的关系,扩展和深化其应用领域等。
基于此,本人在综述前人工作的基础上,对超支化多臂共聚物自组装及其在药物可控释放和细胞膜仿生研究中的应用做了一些新的探索。主要研究内容和结论概括如下:
1.超支化多臂共聚物胶束温敏及载药性能的研究采用可逆加成-断裂链转移和阳离子开环聚合法,制备得到超支化交替臂共聚物H20-P(EO-THF)-PDMAEMA。DLS、变温1H NMR以及TEM研究发现该聚合物在水中多分子胶束,形成核(H20,PTHF)-壳(PEO)-冠(PDMAEMA)结构。温度升高至PDMAEMA的LCST时,PDMAEMA发生相转变链段塌缩在胶束的表面,胶束结构转变为核(H20,PTHF,PDMAEMA)-壳(PEO)结构。由于相转变前后,胶束的壳层都为亲水性链段,因而具有抗热聚集能力。
以香豆素为模型药物,研究了超支化共聚物胶束对药物的包埋和温敏释放性能。结果发现,超支化共聚物胶束对疏水药物具有较好的包载效果,包埋效率为31.0％。药物释放研究发现,70℃放置15分钟即有61.7%的药物释放。
2.pH响应性双组分囊泡出芽过程的实时观察及机理探讨利用HBPO-star-PEO和HBPO-star-PDMAEMA相同超支化核心HBPO,制备得到pH响应性双组分囊泡(TCV)。改变两者的比例,TCV的尺寸可控地在纳米级到微米级之间变化。TCV具有pH响应性,体系中加入稀硝酸水溶液后,在显微镜下实时观察了囊泡的出芽过程:(1)囊泡边沿褶皱的形成;(2)芽体的出现;(3)芽体长大;(4)芽体之间的融合;(5)芽体的消失。用稳态荧光对囊泡出芽机理进行了初步探讨,pH值降低,PDMAEMA质子化程度增加,质子化铵盐之间的静电排斥使囊泡的面积增加。由于外层HBPO-star-PDMAEMA更早的接触H+,它比内层较先发生面积增加,从而囊泡双分子层之间产生面积差,诱导囊泡出芽。另外,加入酸后,H+从囊泡外部向内部扩散,在囊泡的内部和外部之间存在pH阶,诱导HBPO-star-PDMAEMA从囊泡的内层向外层翻转。HBPO-star-PDMAEMA的翻转也增加了囊泡内外层面积的差异,有利于囊泡的出芽。当芽体的尺寸增长到一定程度时,芽体之间发生融合,同时HBPO-star-PEO在囊泡内外层发生了重新分布,更多的位于囊泡的内层。
3.不对称性超支化共聚物囊泡的制备将不同PEO臂长的两种HBPO-star-PEO混合,得到PEO不对称分布的双组分囊泡。LCST测试发现两种HBPO-star-PEO按照不同比例混合后,完全形成双组分囊泡,体系中不存在单独一种HBPO-star-PEO的自组装体。另外,研究了温度和平衡时间对双组分囊泡中PEO分布的影响,随着平衡时间的延长,双组分囊泡中短臂PEO在外层的分布逐渐较小,最终达到平衡;随着温度的升高,短臂PEO在外层的分布也是逐渐减小的,但是当温度高于15℃时,该值却迅速增大,这可能与HBPO-star-PEO的LCST转变有关。混合比例及PEO臂长对双组分囊泡中PEO分布的影响也具有较大的影响,含量较少的HBPO-star-PEO在囊泡外层具有较多的分布;而HBPO-star-PEO中PEO臂长增加时,其更倾向于囊泡的外层。