含二硫鍵的交聯(lián)共聚化合物膠束的制備及表征

李立冬，周慶翰

(西南民族大學(xué)化學(xué)與環(huán)境保護(hù)工程學(xué)院，四川 成都 610041)

含二硫鍵的交聯(lián)共聚化合物膠束的制備及表征

李立冬，周慶翰

(西南民族大學(xué)化學(xué)與環(huán)境保護(hù)工程學(xué)院，四川 成都 610041)

以丙烯胺為引發(fā)劑，引發(fā)谷氨酸芐酯的N-羧酸酐(NCA)開環(huán)聚合制備L-谷氨酸芐酯(PBLG)，再由AIBN作引發(fā)劑，與交聯(lián)劑和聚乙二醇單甲醚甲基丙烯酸酯(PEGMA)發(fā)生共聚，合成嵌段共聚物并制備膠束.通過核磁(1HNMR)，紅外(FTIR)，動態(tài)光散射(DLS)和透射電鏡(TEM)等一系列手段對聚合物膠束的結(jié)構(gòu)和形貌進(jìn)行了表征.

PBLG；二硫鍵；膠束；共聚物

聚多肽是一種非常良好的可降解的生物材料，其本身具有良好的性質(zhì)，如生物相容性，而且?guī)缀鯇ι矬w沒有任何的毒害和副作用，在生物體內(nèi)可以完全降解，形成可以被生物體吸收的小分子氨基酸.因此，我們所合成的聚多肽有許多性質(zhì)和蛋白質(zhì)十分相似[1]，它的應(yīng)用范圍非常的廣泛，例如醫(yī)學(xué)方面組織工程支架材料，作為藥物載體對所載藥物進(jìn)行控制輸送、釋放和靶向定位等[2-4].隨著技術(shù)手段不斷的進(jìn)步，人們對這類各方面條件優(yōu)良且可以生物降解的材料的研究和應(yīng)用的興趣越來越濃厚[5-7].而作為聚多肽的聚谷氨酸芐酯(PBLG)和聚乙二醇單甲醚甲基丙烯酸酯(PEGMA)也同樣具有以上敘述良好的性質(zhì)，同時PBLG具有良好的疏水性，而PEGMA則具有親水性.PBLG具有疏水性，在醫(yī)學(xué)方面就有很多應(yīng)用被限制，所以我們通過對它進(jìn)行改性[8]，或者通過其他方式增加親水基團(tuán)，如共聚、接枝等方法[9].

兩親性的聚合物也被稱為高分子表面活性劑，它既有高分子所具有的增粘性，同時也有低分子所具有的表面活性，因此這類物質(zhì)有很多特殊的物理和化學(xué)性質(zhì)[10].無規(guī)共聚型的聚合物就是具有這樣性質(zhì)，與嵌段型和接枝型[11-12]共聚物相比，無規(guī)型共聚物的合成方法簡單易操作，可以廣泛的應(yīng)用和推廣.同時由于交聯(lián)劑中含有二硫鍵，因此聚合物中二硫鍵可以在谷胱甘肽(GSH)等還原性物質(zhì)的作用下斷裂從而釋放出所包載的藥物，使載體具有還原響應(yīng)性[13].聚合物中PBLG具有疏水性，而PEGMA具有親水性，所以聚合物具有兩親性[14].本文主要研究的是還原響應(yīng)性.本文以丙烯胺為引發(fā)劑，引發(fā)谷氨酸芐酯的N-羧酸酐(NCA)開環(huán)聚合制備L-谷氨酸芐酯(PBLG)，再由AIBN作引發(fā)劑，與交聯(lián)劑和聚乙二醇單甲醚甲基丙烯酸酯(PEGMA)發(fā)生共聚，合成嵌段共聚物并制備膠束.通過核磁(1H-NMR)，紅外(FTIR)，動態(tài)光散射(DLS)和透射電鏡(TEM)等一系列手段對聚合物膠束的結(jié)構(gòu)和形貌進(jìn)行了表征.研究表明此類共聚物可形成穩(wěn)定的膠束結(jié)構(gòu)，是一種十分具有應(yīng)用潛力的優(yōu)良藥物分子載體.

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 實(shí)驗(yàn)試劑

丙烯胺(99%，成都貝斯特試劑有限公司)，DMF (AR，天津市富宇精細(xì)化工有限公司)，THF(AR，美國Bioway)，乙醚(AR，天津市瑞金特化學(xué)品有限公司)，AIBN(AR，津市科密歐化學(xué)試劑有限公司)，PEGMA(AR，SIGMA-ALDRICH)，甲苯(AR，成都市科龍化工試劑廠)，丙烯酰氯(98%，薩恩化學(xué)技術(shù)(上海)有限公司)，二硫二乙醇(90%，Alfa Aesar(China) Chemicals Co.，Ltd.)，DCM(AR，成都金山化學(xué)試劑有限公司)，石油醚(AR，成都市科龍化工試劑廠)，DOX(AR，北京華奉博科技有限公司)，碳酸氫鈉(AR，天津博迪化工股份有限公司)，無水硫酸鎂(AR，天津博迪化工股份有限公司).

1.2 聚谷氨酸芐酯(PBLG)的合成

根據(jù)文獻(xiàn)[15]上面的合成方法制備PBLG.將N-羥基-L-谷氨酸 γ-芐酯環(huán)內(nèi)酸酐(NCA)(0.70g，2.67mmol)溶于2mLDMF中，溶解后將丙烯胺(5μL，0.07 mmol)，加到反應(yīng)器中密封，用液氮將試劑冷凍(冷凍過程中通氮?dú)?，完全冷凍后抽真空，然后解凍(通氮?dú)?，再冷凍，反復(fù)操作三次，最后冷凍狀態(tài)下密封，在室溫下反應(yīng)24h，用冰乙醚反沉，得到PBLG.

1.3 交聯(lián)劑的合成

將三乙胺(8.8mL，0.06mol)溶于60mL無水CH2Cl2，再加二硫二乙醇(4mL，0.03mol)，冰浴下冷卻30min.將丙烯酰氯(6mL，0.05 mol)溶于20mL無水CH2Cl2，冰浴下冷卻30min.冰浴下將丙烯酰氯逐滴加到二硫二乙醇中，滴完后冰浴下反應(yīng)1h，室溫攪拌12h，過濾，濾液NaHCO3洗2次，水洗1次.有機(jī)相用無水MgSO4干燥5h后過柱子.

1.4 聚合物的制備

將 PBLG(0.1g，0.005mmol)，PEGMA(0.9g，0.003mol)，AIBN(0.04g，0.24mmol)和交聯(lián)劑(0.04g，0.15mmol)同時加到150mL的甲苯中，加熱到80℃反應(yīng)12h.初產(chǎn)物用冰乙醚:四氫呋喃(10:1)反沉.

2 結(jié)果與討論

2.1 紅外(FTIR)表征

圖2是PBLG的紅外(FTIR)圖，在3400cm-1附近為PBLG上的氨基化合物的特征吸收峰，在2979cm-1附近的吸收峰則是亞甲基，而1650cm-1和1070cm-1則分別為PBLG羰基和C-O-C的特征峰.圖3和圖4分別為交聯(lián)劑和最終聚合物的紅外譜圖，由于交聯(lián)劑和聚合物同樣含有氨基，亞甲基和羰基等這些特征峰，因此在相對應(yīng)的圖譜上也可找到相對位置上的特征吸收峰.

2.2 核磁(1H-NMR)表征

圖5是交聯(lián)劑的1H-NMR(CDCl3，400 MHz)圖譜:δ(ppm):5.8-6.4(a、b:雙鍵上的三個氫)，δ (ppm):4.4(c:與酯鍵相鄰的亞甲基上的氫)，δ (ppm):2.9(與二硫鍵相鄰的亞甲基上的氫).圖6是PBLG的核磁圖譜，δ(ppm):7.1-7.4(a:苯環(huán)上五個碳上的氫)，δ(ppm):5.1(b:芐基上亞甲基的氫)，δ (ppm):2.0-2.6(c、d:與羰基相鄰的兩個亞甲基上的氫)，δ(ppm):5.2-5.3(f:雙鍵上的氫)，δ(ppm):8.0 (g:氨基上的氫).圖7是最終產(chǎn)物聚合物的核磁圖，δ (ppm):1.9(a:PEGMA羰基相鄰甲基上的氫)，δ (ppm):3.2-3.4(b:PEGMA氧末端上的氫)，δ(ppm): 3.6(c:PEGMA氧邊上亞甲基的氫)，δ(ppm):5.1，8.0(e，g分別為PBLG的氫)，δ(ppm):4.4(交聯(lián)劑亞甲基上的氫).

圖2 PBLG的FTIR譜圖Fig.2 FTIR spectrum of PBLG polymer

圖3 交聯(lián)劑的FTIR譜圖Fig.3 FTIR spectrum of crosslinker

圖5 交聯(lián)劑的1H-NMR譜(CDCl3，400 MHz)Fig.51H-NMR spectrum of crosslinker in CDCl3(400 MHz)

圖6 PBLG的1H-NMR譜(CDCl3，400 MHz)Fig.61H-NMR spectrum of PBLG in CDCl3(400 MHz)

圖7 PBLG-PEGMA的1H-NMR譜(CDCl3，400 MHz)Fig.71H-NMR spectrum of PBLG-PEGMA in CDCl3(400 MHz)

2.3 粒徑(DLS)的測定

圖8為PBLG-PEGMA的粒徑分布圖，0 M是沒有加入任何物質(zhì)的空白膠束的粒徑，1、2、5、10 M是加入相對應(yīng)不同濃度的鹽溶液(NaCl)的分布情況.加入鹽溶液的主要目的是想測定不同濃度的鹽是否會對膠束的造成影響，而粒徑的變化是最直觀的判別方法.由圖可以看出，膠束的粒徑均勻的分布在100 nm左右，這也是作為藥物載體膠束比較好的粒徑大小.而在加入不同濃度的鹽溶液后，粒徑的大小分布幾乎沒有發(fā)生變化.

圖8 PBLG-PEGMA在NaCl溶液中粒徑分布(DLS)圖Fig.8 DLS spectrum of PBLG-PEGMA in NaCl solution

2.4 聚合物的TEM表征

圖9是PBLG-PEGMA形成膠束以后通過，透射電鏡(TEM)的掃描而呈現(xiàn)出來的微觀結(jié)構(gòu).從TEM圖中可以看出聚合物形成橢圓形膠束結(jié)構(gòu)，且分散性良好.

圖9 PBLG-PEGMA的透射電鏡(TEM)圖Fig.9 TEMimage of PBLG-PEGMA polymer

3 討論與分析

本實(shí)驗(yàn)成功合成了含聚多肽以及PEG鏈段的兩親性交聯(lián)共聚物，通過FTIR、1H-NMR、DLS和TEM等手段對聚合物化學(xué)結(jié)構(gòu)以及和微觀形貌進(jìn)行了表征.在不同濃度的NaCl溶液條件下，測試了鹽溶液對粒徑的影響.結(jié)構(gòu)表明，所制備的交聯(lián)共聚物膠束結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，其有望成為性能優(yōu)良的藥物載體.

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(責(zé)任編輯：李建忠，付強(qiáng)，張陽，羅敏；英文編輯：周序林，鄭玉才)

Synthesis and characterization of cross-linked copolymermicelle with disulfide bond

LI Li-dong，ZHOU Qing-han
(School of Chemistry and Environmental Protection Engineering，Southwest University for Nationalities，Chengdu 610041，P.R.C.)

A novel disulfide bonded cross-linked copolymer was synthesized by using allyl-terminated poly(γ-benzyl-L-glutamate)(PBLG)，a disulfide bonded crosslinker，and polyethylene glycol single methyl ether methacrylate(PEGMA)as comonomers with AIBN as initiator.The copolymer micelles were prepared by a dialysis method.Nuclear magnetic(1H-NMR)，infrared (FTIR)，dynamic light scattering(DLS)，and transmission electron microscopy(TEM)were utilized to investigate the chemical structure and micelle morphology.

PBLG；disulfide bond；micelle；copolymer

O63；R318.08

A

2095-4271(2016)04-0414-06

10.11920/xnmdzk.2016.04.008

2016-03-19

周慶翰(1981-)，男，漢族，四川成都人，副教授，博士，研究方向:生物材料，高分子化學(xué).E-mail:zhqinghan＠163.com

國家自然科學(xué)基金青年項(xiàng)目(編號:21404086)；西南民族大學(xué)研究生“創(chuàng)新型科研項(xiàng)目”(編號:CX2015SP468)