聚乙二醇超分子體系的構建及應用.pdf

1、超分子化學是基于分子間非共價鍵相互作用而形成分子聚集體的一門新興學科，主要研究兩種或兩種以上的分子通過分子間作用力相互結合形成具有一定結構和功能的超分子體系，是當前化學、材料科學和生命科學等多學科交叉的研究前沿。超分子主體分子如杯芳烴、環(huán)糊精以及高度支化大分子等是超分子化學的重要研究對象，將這些超分子主體分子引入到高分子領域中，能增加聚合物特性，如兩親性、智能響應性、加工性能等，有助于拓寬應用，開發(fā)新型的功能材料。本文在綜述前人有關各類

2、超分子主體的聚合改性基礎上，將聚乙二醇引入到疏水性的杯芳烴分子和超支化聚酯以及親水性的環(huán)糊精和陽離子型超支化聚合物等體系中，基于配位作用、主客作用和靜電作用等非共價相互作用構建了不同功能的超分子體系，并應用于納米科學和生物醫(yī)學等領域。主要研究內(nèi)容和結論概括如下:
　　1.利用聚乙二醇修飾硫代杯[4]芳烴原位可控合成納米金粒子
　　我們研究了一種簡易可控制備納米金粒子的新方法。首先在對叔丁基硫代杯[4]芳烴這類超分子主體的下沿

3、酚羥基接枝了單鏈親水性聚乙二醇。以兩親性的硫代杯芳烴為主體，利用未接枝聚乙二醇的苯酚單元作為還原劑、橋聯(lián)的硫原子作為金屬配位穩(wěn)定劑，通過簡單調(diào)節(jié)投入的氯金酸和硫代杯芳烴的比例，可控制備金納米粒子，生成的納米金粒子能穩(wěn)定存在于水溶液中。采用核磁共振技術(NMR)和傅里葉變換紅外光譜(FTIR)對金納米粒子合成過程中的氧化還原反應進行了系統(tǒng)表征，結果表明水相條件對該反應是必須的，在還原氯金酸的同時對叔丁基苯酚單元被氧化成了苯醌。采用紫外可見

4、光譜(UV-Vis)、動態(tài)光散射(DLS)和透射電子顯微鏡(TEM)對金納米粒子的尺寸和形貌進行了表征，結果表明當硫/金摩爾比在2.6以下時，金納米粒子的尺寸可控，改變摩爾投料比可以方便地得到不同尺寸的金納米粒子。
　　2.聚乙二醇修飾杯[4]芳烴與二氫卟吩e6的組裝及其光動力治療
　　我們發(fā)展了一種基于主客相互作用的光敏劑輸送體系。首先，通過對叔丁基杯[4]芳烴上沿去叔丁基化改性和下沿酚羥基聚乙二醇接枝改性，合成了星形聚乙

5、二醇杯[4]芳烴(DC4-PEG)。作為一種水溶性的超分子主體，杯[4]芳烴空腔能夠復合疏水性的客體分子，如光敏劑二氫卟吩e6，形成超分子兩親性化合物，并且能夠在水相中自組裝成膠束。通過核磁滴定法對主客體的復合比例進行了分析，表明兩者以1:1的化學計量比進行復合。用TEM和DLS對膠束組裝形貌進行了觀測，當主客體為1:1時，膠束尺寸較為均一，大小在120 nm左右。用MTT法對光敏劑、主體分子和主客體復合物在HeLa腫瘤細胞中的暗毒性和

6、光毒性進行了評估，發(fā)現(xiàn)避光條件下聚乙二醇杯[4]芳烴與二氫卟吩e6的細胞毒性很低，而光照下負載二氫卟吩e6的超分子膠束毒性很大，具有很好的光動力治療效果。
　　3.聚乙二醇超支化聚輪烷藥物輸送體系的構建及應用
　　我們合成了一種可還原解離的聚乙二醇超支化聚輪烷作為藥物輸送的超分子體系。以二丙烯酸寡聚乙二醇酯(PEG-DA)、胱胺(Cys)和γ-環(huán)糊精(γ-CD)為原料，在水相中通過主客復合和邁克爾加成聚合得到超支化聚輪烷(H

7、PRs)。采用NMR和FTIR測試表征了超支化聚輪烷結構，發(fā)現(xiàn)隨著γ-環(huán)糊精含量的增加，聚合物支化度降低。廣角X射線衍射(WAXD)結果表明HPRs在20=7.4°處出現(xiàn)了γ-環(huán)糊精的管道狀內(nèi)含復合物結晶衍射峰。用MTT法對HPRs在NIH/3T3細胞中的相容性評估表明，HPRs都具有非常低的細胞毒性。HPRs上的γ-環(huán)糊精具有較大空腔，可以有效負載抗腫瘤藥物阿霉素(DOX)，其載藥量在7％～8％，藥物負載效率約為70％～80％。體外還

8、原性環(huán)境中HPRs藥物釋放研究表明，在前15小時釋放速率較快，96小時釋放率在35％～46％。采用流式細胞儀和激光共聚焦顯微鏡考察了HPRs載DOX后的細胞內(nèi)攝行為，發(fā)現(xiàn)DOX在15分鐘內(nèi)快速進入細胞核中。最后以HeLa細胞系為研究對象，發(fā)現(xiàn)負載DOX的HPRs具有很好的體外抗腫瘤效果，是一類新型的超分子藥物輸送體系。
　　4.具有pH響應性的聚乙二醇修飾超支化聚酯藥物輸送體系
　　利用商業(yè)化超支化聚酯BoltomTMH40

9、接枝聚乙二醇，構建了pH敏感型藥物輸送體系。在氯化銦的催化下，超支化聚酯BoltornTMH40末端兩個相連羥基與醛基環(huán)化縮合形成縮醛結構，從而實現(xiàn)了一步法簡單制備以疏水性H40為核、親水性聚乙二醇為臂的核殼結構單分子膠束。用核磁跟蹤測定了縮醛結構在不同pH值下的降解速度，發(fā)現(xiàn)縮醛在pH=7.4條件下緩慢降解，而在酸性pH=5.3條件下35小時己降解一半。用MTT法對膠束在NIH/3T3細胞內(nèi)的毒性進行了評估，發(fā)現(xiàn)1 mg/mL聚合物濃

10、度下細胞存活率為80％，細胞毒性較低。以1，6-二苯基-1，3，5-己三烯(DPH)為探針測定了聚合物的臨界膠束濃度，結果表明隨著PEG含量的降低，臨界膠束濃度增大。用TEM研究了膠束負載DOX后的尺寸和形貌，隨著PEG含量的增加，球形膠束尺寸減小。用流式細胞儀和激光共聚焦顯微鏡考察了膠束負載DOX后的細胞內(nèi)攝行為，發(fā)現(xiàn)在2小時細胞孵育時間內(nèi)，負載DOX的膠束比游離DOX更快進入細胞，最后停留在細胞質中逐步釋放DOX。MTT法抑制HeL

11、a細胞增殖結果表明，負載DOX的膠束具有很好的抗腫瘤效果
　　5.陽離子型超支化聚乙二醇的制備及基因轉染
　　我們制備了低含氮量的陽離子型超支化聚乙二醇，進而考察了其基因轉染行為。將二丙烯酸寡聚乙二醇酯(PEG-DA)和1，8-二氨基-3，6-二氧雜辛烷(EOBEA)進行邁克爾加成聚合，再用二乙胺封端過量的雙鍵，得到不同支化度的陽離子型超支化聚乙二醇(HA-PEGs)。采用NMR、FTIR、示差掃描量熱儀(DSC)、尺寸排阻

12、色譜(SEC)等手段對陽離子型超支化聚乙二醇的結構和理化性質進行了分析。用MTT法在COS-7細胞系中評估了HA-PEGs的細胞相容性，發(fā)現(xiàn)HA-PEGs具有較低的細胞毒性。作為一種陽離子型聚合物，我們考察了HA-PEGs對電負性質粒DNA的復合和輸送行為。采用凝膠電泳(GE)、原子力顯微鏡(AFM)和圓二色光譜(CD)分析了HA-PEG/DNA靜電復合物的壓縮行為、組裝體形貌和DNA構象變化，發(fā)現(xiàn)低電荷密度的HA-PEGs與DNA形成