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双亲水性嵌段共聚物的自组装是高分子科学领域中的一个研究热点,通过自组装能够获得新型的功能高分子材料,在生物医药和材料科学等领域中具有良好的应用前景。本论文研究了多价阴离子诱导含有聚(4-乙烯基吡啶)嵌段的双亲水性嵌段共聚物在水溶液中的胶束化自组装、复合胶束对离子性物质的pH响应控制释放以及具有混合壳层的复合胶束的温度响应表面相分离行为。
通过原子转移自由基聚合方法分别合成了分子量可控且分布较窄的双亲水性嵌段共聚物聚乙二醇-b-聚(4-乙烯基吡啶)(PEG-b-P4VP)和聚(N-异丙基丙烯酰胺)-b-聚(4-乙烯基吡啶)(PNIPAAm-6-P4VP)。
利用荧光黄(Pyranine)诱导PEG-b-P4VP在pH 2的水溶液中自组装,得到了以P4VP/Pyranine复合物为核、PEG链为壳的单分散复合胶束。通过光散射(LS)、核磁共振氢谱(<1>H NMR)以及透射电镜(TEM)等手段研究了荧光黄与4VP的摩尔比(固定聚合物浓度)、聚合物的初始浓度、溶液的离子强度以及制备方法对胶束的形态结构的影响。固定聚合物的浓度(0.40g/L)不变,改变荧光黄的浓度对胶束的形态结构有重要影响。在0.38g/L以下,随着荧光黄浓度的增加,胶束的粒径逐渐减小,分布变窄,胶束的核变得致密。在0.38g/L以上,随着荧光黄浓度的增加,胶束的粒径略有增大,而分布基本保持不变。
在不同的pH.值条件下,复合胶束对荧光黄的释放行为行不同。pH 7时,有突释现象发生,在5 h内便有85%的荧光黄被释放出来。pH 4时,复合胶束对荧光黄具有良好的控制释放特性,释放速率适中而且持续时间较长,在5 h和23 h时分别有31%和68%的荧光黄被释放出来。pH 2时,荧光黄的释放速率很慢,而且释放主要是在最初几个小时有较明显的释放,在5 h和24 h时分别只有8%和11%的荧光黄被释放出来。
利用硫酸根诱导聚乙二醇-b-聚(4-乙烯基吡啶)(PEG-b-P4VP)和聚(N-异丙基丙烯酰胺)-b-聚(4-乙烯基吡啶)(PNIPAAm-b-P4VP)的混合物在水溶液中自组装,制备了以P4VP嵌段为核、以PEG/PNIPAAm为混合壳的复合胶束。将胶束溶液的温度到PNIPAAm嵌段的LCST以上诱导混合壳发生相分离,得到了具有核-壳-冠状结构的胶束。研究了混合壳组成不同的复合胶束的表面形态。PNIPAAm嵌段塌缩后的形态与PNIPAAm和PEG在混合壳中的相对含量有关。PNIPAAm的含量较低时,其塌缩形成的疏水区域会孤立地分布在P4VP核的表面,形成“补丁”状结构。但当PNIPAAm的含量高于某一临界值W<,PNIPAAm,C>后,其塌缩形成的疏水区域便相互连接起来,从而在P4VP核的表面形成连续膜的结构。连接在P4VP核上的PEG链会穿过PNIPAAm疏水膜伸向介质中。由于PEG仍然具有良好的水溶性和活动能力,它们在穿过PNIPAAm膜时会在自身周围形成亲水性的通道,可供小分子和离子从其中穿过。胶束的混合壳中的PNIPAAm含量越高,通道的数量或尺寸越小。这种表面带有通道结构的胶束将对促进嵌段共聚物胶束在药物控制释放领域中的应用具有重要价值。