原酸酯、苯硼酸酯类酸/氧化敏感聚合物的合成及性质研究

来源 :北京大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:qishi008
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对高分子药物载体或其它生物医用材料来说,聚合物的降解速率是要考虑的重要参数之一。原酸酯类酸敏感聚合物易于加工成型且生物相容性好,作为药物载体有很好的应用前景,但文献报道的调控其水解速率的方法抑或合成复杂抑或普适性欠佳。基于此,本论文通过共价引入第二刺激响应性功能单元,发展了一种简单且普适性强的调控原酸酯类聚合物水解的方法。另一方面,高浓度活性氧是病变组织的特殊生物靶点,活性氧敏感的聚合物近些年来受到广泛关注。苯硼酸酯作为一类对H2O2专一快速响应的新型构筑单元,在生物医用材料方面具有潜在应用价值。本论文中,将苯硼酸酯分别设计到聚合物的侧链和主链制备了两类两亲性氧化敏感聚合物,它们在水溶液中都可以自组装得到稳定的纳米颗粒。具体的工作内容如下:  1.以PEG大分子引发剂引发甲基丙烯酸羟乙酯(HEMA)和甲基丙烯酸二乙氨基乙酯(DEAEMA)单体的原子转移自由基共聚合,制备了四个分子量类似但三级胺(TA)含量不同(0%-14%)的“N”系列嵌段共聚物;利用环状烯酮缩合物与羟基的加成反应对“N”系列聚合物进行后修饰,得到了“NE”系列酸敏感两亲性嵌段共聚物,它们在水溶液中自组装得到60-100nm的纳米颗粒。通过1H NMR、尼罗红荧光探针、光散射等方法研究了聚合物纳米聚集体的水解性质。结果表明,聚合物中原酸酯的水解速率与共价引入TA单元的含量及溶液pH有关。在pH7.4介质中,聚合物纳米聚集体较稳定,TA单元的引入对原酸酯的水解速率影响较小;在pH5.4时,引入~5%TA量的聚合物水解显著减缓,而引入~14% TA量的聚合物水解明显加快(相比于不含TA单元的聚合物)。总体上,TA对原酸酯类聚合物的水解行为具有“两面性”影响:加速或减缓,与聚合物中TA的含量及介质pH有关。  2.合成了对酸敏感的丙烯酸2-(5,5-二甲基-1,3-二氧杂环己氧基)乙酯(单体M1)和对H2O2敏感的4-丙烯酰氧基甲基苯硼酸频哪醇酯(单体M2)。以mPEG-Br为大分子引发剂引发M1和M2的原子转移自由基共聚合,改变原料配比得到了分子量类似但M2单元含量不同(0%-100%)的两亲性嵌段共聚物P1-P6。其中,聚合物P2-P6在pH为7.4的水溶液中自组装得到直径约为50-70 nm的类胶束纳米颗粒,37℃条件下可稳定存在24 h以上。利用1HNMR研究了在不同H2O2浓度和不同pH条件下聚合物中苯硼酸酯侧基的氧化/消除反应和原酸酯侧基的水解反应动力学。结果表明,中性氧化条件下,苄基苯硼酸酯优先被氧化,经后续的1,6-消除反应,生成具有催化作用的羧基,这有利于水分子和质子进入微区环境,促进原酸酯的水解。pH为7.4时,随H2O2浓度增加,苯硼酸酯的氧化和原酸酯的水解速率皆加快;相同H2O2浓度条件下,pH降低,苯硼酸酯的氧化/消除反应速率减缓。进一步通过尼罗红荧光探针和光散射方法考察了聚合物纳米聚集体的氧化降解行为,发现纳米颗粒的降解速率可由聚合物的组成、H2O2浓度及溶液pH三个因素协同调节,拓宽了可调控因素。值得一提的是,尼罗红荧光探针实验表明聚合物P5可以对50μMH2O2(生理浓度相关)响应,可能用作氧化敏感药物或探针分子载体。  3.设计合成了含苯硼酸酯的双丙烯酸酯单体,以N-氨乙基哌嗪(AEPZ)为共聚单体,经Michael加成逐步聚合制备了链末端为一级胺、链中含有二级胺、主链可氧化断裂的聚(胺-酯)。以链末端为活性酯的mPEG5K对所得聚合物进行后修饰,制备了一系列亲/疏水单元含量不同的氧化敏感两亲性共聚物。它们在水溶液中自组装得到~100nm的纳米颗粒,中性条件下稳定。加入H2O2后,聚合物侧链的硼酸酯首先氧化离去,暴露酚羟基并顺次进行1,6和两次1,4-电子转移,使聚合物主链完全断裂,纳米颗粒解散。通过1H NMR研究了单体、小分子模型化合物和聚合物纳米聚集体的在不同介质中的氧化诱导降解性质,结果表明,聚合物内嵌入的二级胺可捕捉芳基硼酸酯氧化降解过程原位生成的烯醌中间体,这可能有助于改善基于芳基硼酸酯的氧化敏感聚合物的生物相容性。模型分子氧化产物分析结果表明,分子中二级氨基对原位产生的烯醌中间体的捕捉效率与氨基含量及介质成分有关。GPC表征证实聚合物在H2O2存在下完全降解为小分子和PEG。尼罗红荧光探针实验表明,聚合物纳米聚集体可以对200μM H2O2产生响应,在生物医用材料方面具有潜在的应用价值。
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