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嵌段型聚电解质在结构上兼具聚电解质、嵌段聚合物和表面活性剂的特征。它既能在水溶液中自组装形成有序结构,又能具有环境刺激(如pH值、温度、离子强度等)响应性。毫无疑问,生物相容性嵌段型聚电解质将是理想的药物和基因载体,其合成和胶束行为研究对于纳米生物医用领域的发展具有重要意义。论文从一个简单的有机小分子双端引发剂出发,将生物可降解嵌段和生物相容的功能性聚电解质嵌段结合在一起,合成了一系列窄分布的生物相容性嵌段型聚电解质,细致研究了其在不同pH值和温度下的胶束行为。
利用有机小分子双端引发剂HEBIB,先后通过活性开环聚合和原子转移自由基聚合,成功合成了一系列生物相容性嵌段型聚电解质PLLA-b-PDMAEMA。FT-IR和1H NMR证实了PLLA-b-PDMAEMA的结构和组成,GPC-MALLS表明:随着反应时间的延长,嵌段共聚物的分子量越来越大。无论是大分子引发剂还是嵌段共聚物,分子量分布都很窄,分布宽度指数均在1.20以下。
用两种不同的方法制备PLLA-b-PDMAEMA胶束,由加水法得到Micelle-WA,由直接溶解法得到Micelle-DD。两种胶束都是以PLLA为核,PDMAEMA为壳层。在不同pH值(6.2,7.4,8.3,8.6)、一个升降温循环中,采用动态和静态光散射研究了Micelle-WA和Micelle-DD的响应行为。体系中,静电相互作用、氢键和疏水相互作用三者并存。(1)pH=6.2时,Micelle-WA和Micelle-DD在升降温循环中几乎没有变化,强的静电斥力和氢键保持了胶束的稳定;(2)pH=7.4时,静电斥力大幅减弱,升温过程中,Micelle-WA和Micelle-DD轻微收缩,降温后恢复原状。(3)pH=8.3和8.6时,壳层链段之间的相互作用(Ecorona)和壳层/溶剂之间的界面能(Einterface2)这两项成为影响胶束体系自由能的最主要因素。升温过程中,Einterface2增加,体系为降低自由能,强烈的疏水相互作用驱使Micelle-WA和Micelle-DD在高于转变温度时从单个胶束聚集成团簇。Micelle-WA和Micelle-DD此时的不同之处在于,Micelle-WA的转变温度比Micelle-DD低,而且Micelle-WA比Micelle-DD花更多时间从胶束聚集成团簇。降温过程中,Ecorona增加,氢键恢复并驱使胶束团簇分离。Micelle-WA的团簇经历一个极其缓慢的动力学过程,互相缠结的长PDMAEMA链无法自行解开,团簇解离困难;Micelle-DD的团簇却经历一个快速的动力学过程,大的团簇很容易解离成小的团簇。溶液行为的不同反映在结构上存在差异:Micelle-WA壳层的PDMAEMA链能完全被水溶剂化,而Micelle-DD壳层的PDMAEMA链只有外围的小部分溶剂化。因此,对于具有较高的玻璃化转变温度或者结晶温度的成核链段的嵌段共聚物而言,采用不同的胶束制备方法会导致胶束的结构不同,这可能具有普遍的意义。
研究了生物相容性嵌段型聚电解质PLLA-6-PDMAEMA胶束溶液分别在两个温度(室温25.0℃和人体温度36.8℃)、两个pH值(肿瘤pH=4.9和正常组织pH=7.4)下的酶降解行为。酶降解过程中存在着一个失活时间。酶浓度为0.741g.L-1、25.0℃,pH=4.9和 pH=7.4时酶的失活时间分别为1986 min和2047 min;同样的酶浓度,36.8℃,pH=4.9和pH=7.4时酶的失活时间分别为962min和1382min。失活时间之前,胶束的酶降解遵循的是逐个降解机理。当酶未吸附饱和时,增加酶的量能够增大酶的初始降解速率V0,当酶吸附饱和后,再增加酶的量并不能增大V0。失活时间之后,出现裂纹或是通道的胶束核为降低暴露在溶剂中的核的表面积从而降低体系自由能,胶束之间发生了聚集。升高温度后,酶的活性提高,降解初始速率加快。正是由于pH=4.9时胶束壳层因静电斥力较为伸展使得胶束在pH=4.9时降解更快。较之室温和人体正常pH值,该生物相容性的嵌段型聚电解质胶束在人体温度时降解速率更快,在肿瘤pH时降解速率更快,降解能持续的时间较长,壳层带正电的PDMAEMA链更利于特异性吸附。这些优点使其可用作潜在的药物载体,具有良好的应用前景。