基于PDMAEMA两亲性嵌段共聚物自组装以及应用研究

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一根分子链上同时含有正负离子的两性共聚物在药物控制释放中具有增强药物载体突破细胞膜能力的特殊性质,但是由于该共聚物在水中失去了胶体稳定性,因而如何制备纳米粒子成为了难题。本课题组之前的研究中发现在乙醇中嵌段两性共聚物(聚甲基丙烯酸嵌段聚4-乙烯基吡啶,PMAA-b-P4VP)与无规两性共聚物(聚甲基丙烯酸共聚4-乙烯基吡啶,PMAA-co-P4VP)呈现了完全不同的性质,无规两性共聚物溶于乙醇,而嵌段两性共聚物可以形成粒子。鉴于此,为了制备了嵌段两性共聚物粒子,同时揭示粒子的形成机理,本论文以聚甲基丙烯酸二甲基胺乙醇酯(PDMAEMA)-4-氰基-4-(硫代苯甲酰)戊酸(CPDB)为大分子可逆加成-断裂链转移剂(RAFT),以2,2’-偶氮双(2,4-二甲基)戊腈(V65)作为引发剂在多种醇中进行了MAA的RAFT聚合。系统地研究了各种聚合条件对粒子形成的影响、粒子的p H响应特性以及在Na(K)Cl水溶液刺激下的自组装。论文首先采用PDMAEMA102为RAFT试剂在等量MAA的条件下调查了醇的极性对粒子形成的影响。以甲醇、乙醇、异丙醇及其水溶液作为连续相,通过1HNMR测定PDMAEMA-CTA和PDMAEMA-b-PMAA的聚合度,扫描电镜(SEM)、动态光散射(DLS)和小角度X射线散射(SAXS)对微球粒径的表征,发现醇的极性对MAA的转化率以及粒子的直径影响很大。极性越大,MAA的总体转化率升高,而粒径却降低。例如在甲醇中,MAA的总体转化率和粒径分别为84.7%和285nm(SEM粒径,以下相同),而在异丙醇中,这些值分别为70.6%和344nm。在三种醇中分别加入体积比1/14的水,转化率和粒径均相对增加。例如,在甲醇/水中,转化率和粒径分别为87.1%和301nm。与此同时,嵌段共聚物中MAA的链长却随着醇极性的增加而减小,添加水对MAA链长没有明显的影响。例如,在甲醇和甲醇/水中分别是PDMAEMA102-b-PMAA54和PDMAEMA102-b-PMAA63,而在异丙醇和异丙醇/水中,这些值分别为PDMAEMA102-b-PMAA78和PDMAEMA102-b-PMAA80。提高总体固体含量,并不能提高PMAA在共聚物中的链长,但能提高粒径和减少体系浑浊时间。当固体含量达到15%后,体系发生凝聚。在恒定PDMAEMA102浓度的条件下,提高MAA浓度不能提高PMAA在嵌段共聚物中的链长。结合SAXS结果,本论文认为醇的极性影响MAA和V65在PDMAEMA-CTA/MAA复合物微液滴与连续相之间的分配,从而影响微球的直径。随着醇极性的增加,MAA与V65倾向于更多地分配在连续相中,因而,在连续相中PMAA的生成量较大。这些PMAA在测定分子量时被去除。MAA的大部分RAFT聚合可能发生在PDMAEMA-CTA链附近。因此,PDMAEMA-CTA充当调节共聚物中PMAA长度的模板。微球的p H敏感特性取决于PDMAEMA-CTA的额外长度,即两个嵌段之间的长度差异。当PMAA的长度太短时,如PDMAEMA600-b-PMAA87,或者PMAA的长度接近PDMAEMA的长度,如PDMAEMA79-b-PMAA93和PDMAEMA102-b-PMAA131,则微球的两性特征消失。嵌段共聚物在KCl醇水溶液中的自组装行为也由PDMAEMA的额外长度决定。当共聚物中PDMAEMA较短,微球变成纳米纤维或纳米带,但对于PDMAEMA600-b-PMAA87,微球保持其原始的球形形态。这些结果表明,盐的电荷筛选作用在自组装中起关键作用。另外,本文还研究了所制备的两性纳米粒子在诱导碳酸钙晶体生长过程中的作用。采用碳酸铵扩散法在嵌段两性共聚物溶液中制备方解石晶体。研究结果表明:嵌段两性共聚物主要通过阴离子与钙离子的螯合作用与方解石形成共结晶,但是由于方解石晶体表面的螯合位点有限,因此当羧酸根离子过量时,嵌段两性共聚物只能在方解石晶体表面发生低水平的吸留。
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