富马酸基脂肪族聚酯的功能化改性研究

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脂肪族聚酯具有优异的生物相容性和生物降解性能,是非常重要的一类生物材料。但高度疏水、缺乏功能性和生物活性的不足限制了其在生物医药领域的广泛应用。对脂肪族聚酯进行功能化改性,实现对其性能的调控,以满足实际应用的需求具有重要意义。目前脂肪族聚酯改性技术共同面临的问题是:功能化单体合成步骤繁琐、产率低、提纯困难,而且单体聚合活性偏低,难以合成高分子量的聚合物。寻求脂肪族聚酯的新改性方法已迫在眉睫。功能化脂肪族聚酯常被用于制备聚合物胶束药物载体。其带电性质将会影响聚合物胶束的生物分布、内化效率和治疗效果。电荷反转胶束因同时具有较长的体内循环时间和较高的细胞摄取效率而成为近来被广泛研究的被动靶向输递策略。但在生理条件下过早的电荷反转和药物释放是限制电荷反转胶束应用的主要问题。  本课题组前期合成了一系列基于富马酸单体的不饱和脂肪族共聚酯。其主链上丰富的碳碳双键作为可修饰的反应活性位点,为功能化脂肪族聚酯的制备提供了便捷的途径。本论文在此基础上,通过加成磺化和巯基-烯点击化学等聚合后修饰反应对富马酸基脂肪族聚酯进行改性,得到了一系列带有不同功能性侧基的功能化脂肪族聚酯,通过共组装的方法制备了在生理或储存环境中都具有良好稳定性的新型电荷可逆反转胶束,研究了聚合物结构与胶束性能间的关系。主要研究内容和结果如下:  1.亚硫酸氢钠加成磺化改性。以丁二酸、富马酸和丁二醇为原料,通过酯化、缩聚两步法合成了高分子量的聚(丁二酸丁二酯-co-富马酸丁二酯)(PBSF),随后通过亚硫酸氢钠和PBSF主链上碳碳双键的加成反应制备了一系列含有不同比例磺酸根侧基的聚丁二酸丁二酯(SPBS)。利用1H NMR、ATR-FTIR、GPC对不饱和共聚酯和新型阴离子功能化聚酯的化学结构作了系统的表征。1H NMR、DLS、TEM研究结果表明两亲性阴离子聚酯可在水溶液中自组装形成阴离子胶束。体外细胞实验结果表明阴离子胶束具有优异的生物相容性。  2.Michael加成型巯基-烯点击化学改性。以双羟基封端的PBF预聚物为大分子引发剂,引发ε-己内酯开环聚合制备了一系列中间嵌段含有可修饰碳碳双键的脂肪族三嵌段共聚酯PCL-b-PBF-b-PCL。随后通过Michael加成型巯基-烯点击化学对碳碳双键进行修饰得到了羧基和氨基功能化的共聚酯。通过1H NMR、13C NMR、ATR-FTIR、GPC等表征手段确认了三嵌段共聚酯和功能化共聚酯的化学结构。通过DLS、TEM和荧光探针技术研究了羧基和氨基功能化的两亲性共聚酯在水溶液中的自组装、共组装行为。Zeta电位测试发现共组装胶束可在其等电点附近反转表面电荷,胶束的等电点可通过羧基和氨基的比例进行调控。以尼罗红作为模型药物研究了共组装胶束pH触发的药物释放行为,结果表明载药胶束在酸性条件下的药物释放速率明显加快。  3.电荷可逆反转胶束的制备。通过巯基-烯点击化学对PBSF进行改性得到羧基功能化聚酯PBS-g-MPA和氨基功能化聚酯PBS-g-CSH。通过pH敏感的苯亚胺键将PEG偶联至PBS-g-CSH的侧氨基上制备了接枝共聚物PBS-g-CS-bi-PEG。通过PBS-g-CS-bi-PEG和PBS-g-MPA的共组装制备了稳定性良好的新型电荷可逆反转胶束。通过DLS、TEM和荧光探针技术对胶束的性质作了详细的表征。Zeta电位测试结果发现胶束可通过对环境pH值的响应使其表面电荷在正或负的状态间自由切换,可逆性很高。载药以及体外药物释放实验发现胶束对DOX的负载效率较高并能在酸性条件下更快地释放DOX。细胞毒性实验结果表明空白胶束生物相容性优异而载药胶束却能较好地抑制肿瘤细胞的增殖。  4.核可逆交联胶束的制备。通过一锅两步法在功能化聚酯PBS-g-CSH的侧氨基上依次修饰了mPEG-CHO和硫辛酸。两亲性接枝聚合物PBS-g-CS-bi-PEG/LA在水溶液中自组装得到疏水内核含有硫辛酸残基的胶束。通过催化量的DTT使硫辛酸的五元环开环聚合得到以二硫键为交联键的核交联胶束。通过DLS对核交联胶束的稳定性和还原敏感性作了详细的表征,结果表明核交联胶束在高倍稀释或高浓度盐环境中稳定性良好而在模拟的细胞内还原环境中可以快速解交联。
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