本發(fā)明涉及一種可功能化的刺激響應(yīng)性聚合物及其制備方法。

背景技術(shù)：

智能聚合物材料是二十一世紀(jì)飛速發(fā)展起來(lái)的一類(lèi)新型材料。由于其模仿生命系統(tǒng)，當(dāng)感知到外部環(huán)境的物理、化學(xué)乃至生物刺激信號(hào)的變化時(shí)，聚合物自身的某種性質(zhì)如形狀、水合狀態(tài)、表面能、滲透速率或識(shí)別能力等會(huì)發(fā)生響應(yīng)的改變。結(jié)合納米科技技術(shù)的發(fā)展，綜合聚合物智能的響應(yīng)行為以及納米級(jí)尺寸材料的特性而構(gòu)建的聚合物智能納米材料更是近年來(lái)發(fā)展最快的高新尖端功能材料之一，在生物醫(yī)藥、光電、綠色儲(chǔ)能材料等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用潛力，尤其是在藥物智能遞送等領(lǐng)域具有不可估量的前景。借助聚合物納米材料作為治療用有效成分的載體，實(shí)現(xiàn)輸送有機(jī)分子類(lèi)藥物，負(fù)載特異性蛋白，基因藥物等已經(jīng)不再是不可能的事情。以往作為載體類(lèi)聚合物納米材料的要求比較簡(jiǎn)單，只需無(wú)毒、生物相容性好及具有簡(jiǎn)單包覆有效成分能力即可。隨之科學(xué)的發(fā)展，人們對(duì)聚合物納米材料的設(shè)計(jì)越來(lái)越要求高，智能化、多功能化的方向發(fā)展已成主流的研究及應(yīng)用方向。而實(shí)現(xiàn)納米聚合物載體的智能化主要在以下兩個(gè)方面考慮：

1.表面可功能化修飾。在包覆有效成分的聚合物納米材料表面可有效引入具有不同功能性質(zhì)的物質(zhì)，例如靶向分子、蛋白、抗體等，以此來(lái)實(shí)現(xiàn)載藥體系的多種功能化應(yīng)用，增強(qiáng)智能遞送效果的同時(shí)擴(kuò)展其應(yīng)用領(lǐng)域。

2. 賦予聚合物納米材料智能響應(yīng)的能力。通過(guò)外加刺激觸發(fā)聚合物材料的智能響應(yīng)，從而實(shí)現(xiàn)定時(shí)、定點(diǎn)及定量的可控遞送有效成分的目的。在制備具有刺激響應(yīng)的聚合物納米材料領(lǐng)域，以發(fā)展除針對(duì)不同刺激源的進(jìn)行響應(yīng)的多種聚合物納米材料。例如溫度響應(yīng)、pH響應(yīng)、光響應(yīng)、還原響應(yīng)等等。其中，還原響應(yīng)聚合物納米載藥體系可根據(jù)人體內(nèi)的不同環(huán)境（細(xì)胞內(nèi)外）還原性物質(zhì)谷胱甘肽的濃度差異而做出不同的變化，實(shí)現(xiàn)選擇性細(xì)胞內(nèi)給藥，因此此類(lèi)材料被視為未來(lái)可大規(guī)模實(shí)際應(yīng)用的聚合物載體材料之一。

常見(jiàn)的聚合物載體類(lèi)納米材料往往僅具有單一的刺激響應(yīng)性能，而要真正實(shí)現(xiàn)納米聚合物納米材料的智能遞送性能，必須將可功能化修飾及刺激響應(yīng)性能有機(jī)結(jié)合在一起，從而發(fā)揮納米聚合物納米材料在藥物智能遞送/釋放等領(lǐng)域中真正的應(yīng)用價(jià)值。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的之一在于提供一種可功能化的刺激響應(yīng)性聚合物。該聚合物是末端帶有呋喃官能團(tuán)，主鏈帶有二硫鍵的雙親嵌段聚合物。

本發(fā)明的目的之二在提供一種該聚合物納米材料的制備方法。

為了實(shí)現(xiàn)以上發(fā)明目的，本發(fā)明的雙親嵌段聚合物由含有聚乙二醇短鏈的苯乙烯類(lèi)單體（VBOEG）與含有膽固醇基元的單體通過(guò)兩種活性可控聚合聯(lián)用進(jìn)行合成，其中VBOEG單體通過(guò)可逆加成鏈轉(zhuǎn)移聚合（Reversible Addition-Fragmentation Chain Transfer Polymerization，RAFT）聚合得到親水嵌段聚合物，通過(guò)末端功能化修飾引入含有雙硫鍵的原子轉(zhuǎn)移自由基聚合（Atom Transfer Radical Polymerization，ATRP）引發(fā)基團(tuán)，實(shí)現(xiàn)含有膽固醇基元的丙烯酸酯單體通過(guò)ATRP聚合得到目標(biāo)雙親嵌段聚合物。在此基礎(chǔ)上，通過(guò)溶劑置換方法制備聚合物球狀納米材料，具體反應(yīng)式為：

根據(jù)上述反應(yīng)機(jī)理，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案如下：

一種可功能化的刺激響應(yīng)性聚合物，其特征在于該聚合物的結(jié)構(gòu)式為：

其中m=10～30；n=10～90。

一種制備上述的可功能化的刺激響應(yīng)性聚合物的方法，其特征在于該方法的具體步驟為：

a. 將鏈轉(zhuǎn)移劑、含有聚乙二醇短鏈的苯乙烯類(lèi)單體和偶氮二異丁腈按1：（20～50）： （0.1～0.3）摩爾比溶于二氧六環(huán)中，密封后，進(jìn)行除水除氧操作，再在60～80℃溫度下攪拌反應(yīng)12～36小時(shí)，反應(yīng)結(jié)束后，溶劑，乙醚中沉淀純化，得到親水嵌段聚合物PVBOEG。

b. 將步驟a所得PVBOEG和正己胺按1：（5～50）的摩爾比溶于二氯甲烷中，進(jìn)行除水除氧操作，室溫下攪拌反應(yīng)10～24小時(shí)，反應(yīng)結(jié)束后，除去溶劑，乙醚中沉淀純化，得到末端帶巰基的聚合物產(chǎn)物PVBOEG-SH。

c. 將上述產(chǎn)物PVBOEG-SH和含有雙硫鍵的ATRP小分子引發(fā)劑按1：10～50的摩爾比溶于甲醇中，室溫?cái)嚢璺磻?yīng)16～24小時(shí)后，在乙醚中沉淀純化，得到目標(biāo)ATRP大分子引發(fā)劑PVBOEG-SS-Br。

d. 在惰性氣氛下，將步驟c所得PVBOEG-SS-Br、溴化亞銅、含膽固醇基元的單體和五甲基二乙烯三胺按1：（2～5）：（20～100）：（2～5）的摩爾比溶于甲苯中，進(jìn)行除水除氧操作后，在70～80℃溫度下，攪拌反應(yīng)18～48小時(shí)；反應(yīng)結(jié)束完后除去產(chǎn)物中的銅鹽。在甲醇中沉淀純化，真空干燥后得到目標(biāo)聚合物可功能化的刺激響應(yīng)性聚合物。

所述的鏈轉(zhuǎn)移劑的結(jié)構(gòu)式為：；含有聚乙二醇短鏈的苯乙烯類(lèi)單體的化學(xué)結(jié)構(gòu)式如下：；含有雙硫鍵的ATRP小分子引發(fā)劑的化學(xué)結(jié)構(gòu)式如下：；所述含膽固醇基元的單體的化學(xué)結(jié)構(gòu)式如下：。

采用本發(fā)明的可功能化的刺激響應(yīng)性聚合物制備得到的聚合物納米材料，其粒徑在30～500 nm之內(nèi)，且分布均一、形狀規(guī)整。其制備方法的具體步驟為：將上述可功能化的刺激響應(yīng)性聚合物溶解在一定量的四氫呋喃中，配成0.1wt%-1wt%的溶液，將1-3倍體積量的去離子水緩慢滴加至聚合物溶液中。然后通過(guò)透析袋（截留分子量3500 Da）透析。最后得到聚合物球狀納米材料的水溶液。

本發(fā)明的可功能化的刺激響應(yīng)性聚合物末端帶有特定的可功能化修飾的呋喃官能團(tuán)，親水嵌段與疏水嵌段之間以還原響應(yīng)性雙硫鍵連接。因此同時(shí)具有可功能化修飾能力與還原刺激響應(yīng)能力于同一聚合物體系。通過(guò)溶劑置換法制備得到的聚合物納米材料，其表面可根據(jù)需要進(jìn)行多種功能化修飾，作為有效成分載體材料亦具有智能響應(yīng)釋放能力，此聚合物材料在藥物智能遞送領(lǐng)域具有巨大的潛在應(yīng)用價(jià)值。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明的嵌段聚合物PVBOEG-SS-PAChol的¹HNMR譜圖。

圖2為本發(fā)明的嵌段聚合物PVBOEG-SS-PChol的與二硫蘇糖醇作用不同時(shí)間后的分子量變化的GPC曲線(xiàn)圖。

圖3為由本發(fā)明的嵌段聚合物PVBEOG-SS-PAChol制備的球狀納米材料的TEM照片。

具體實(shí)施方式

本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例詳述如下：

實(shí)施例一：

（1）在干燥的25 mL Schlenk反應(yīng)瓶中加入含有聚乙二醇短鏈的苯乙烯類(lèi)單體（3.65 g）、Furan-RAFT試劑（95.5 mg）、偶氮二異丁腈（8.8 mg）和5 mL的二氧六環(huán)。用橡膠塞密封好后，經(jīng)過(guò)除水除氧操作后將反應(yīng)瓶浸入預(yù)熱好的65^oC油浴鍋中，加熱攪拌反應(yīng)24小時(shí)。反應(yīng)完后，旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)除去溶劑，在40 mL乙醚中沉淀純化，得到產(chǎn)物PVBOEG。

（2）將PVBOEG(700 mg)，正己胺（90 mg），3 mL的二氯甲烷加入到10 mL反應(yīng)瓶中，經(jīng)過(guò)除水除氧操作后。攪拌24小時(shí)。旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)除去溶劑后， 在40 mL乙醚沉淀三次，得到產(chǎn)物PVBOEG-SH。將PVBOEG-SH和小分子ATRP引發(fā)劑，3 mL甲醇加入到10 mLSchlenk反應(yīng)瓶中。攪拌24小時(shí)后，旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)除去溶劑，在40 mL乙醚中沉淀三次純化，真空干燥后得到目標(biāo)大分子引發(fā)劑PVBOEG-SS-Br。

（3）將PVBOEG-SS-Br（60 mg）、溴化亞銅（3.2 mg）、含膽固醇基元的單體（373 mg）加入到干燥的10 mLSchlenk反應(yīng)管中，氮?dú)獗Ｗo(hù)下，將五甲基二乙烯三胺（5.2 mg）的甲苯的溶液（0.6 mL）加入反應(yīng)管。經(jīng)過(guò)除水除氧操作后，將反應(yīng)管浸入預(yù)熱好的80^oC油浴鍋中，攪拌24小時(shí)。反應(yīng)結(jié)束完后過(guò)堿性氧化鋁柱子以除去產(chǎn)物中的銅鹽。在甲醇中沉淀純化，真空干燥后得到目標(biāo)聚合物。核磁參見(jiàn)圖1。

實(shí)施例二：

在本實(shí)施例中，選用二硫蘇糖醇作為還原劑，來(lái)探究嵌段聚合物的還原響應(yīng)能力。具體實(shí)施過(guò)程如下：嵌段聚合物（2 mg）與二硫蘇糖醇（2.5 mg）溶在二氯甲烷（1 mL）中。體系除氧后開(kāi)始攪拌反應(yīng)。分別在反應(yīng)開(kāi)始后24小時(shí)和8小時(shí)取樣通過(guò)四氫呋喃相的凝膠滲透色譜進(jìn)行分子量測(cè)試。參見(jiàn)圖2。與原始聚合物對(duì)比， PVBOEG-SS-PAChol與二硫蘇糖醇反應(yīng)24小時(shí)后，出峰時(shí)間延后，雙硫鍵發(fā)生斷裂導(dǎo)致聚合物分子量降低。當(dāng)反應(yīng)48小時(shí)后，聚合物分子量降低程度加劇，嵌段聚合物分解為兩種均聚物。由此證明了該嵌段聚合物中具有對(duì)還原環(huán)境響應(yīng)的能力。

實(shí)施例三：

一種通過(guò)溶劑置換法制備聚合物球狀納米材料。具體實(shí)施過(guò)程如下：將上述雙親嵌段聚合物(0.5 mg)溶解在四氫呋喃(1 mL)中，配成溶液，以10 μL /min的滴加速度將的去離子水（1 mL）加入聚合物溶液中。滴加的過(guò)程中，不停震蕩使溶液混合均勻，直至去離子水滴加完畢。然后通過(guò)透析袋（截留分子量3500 Da）透析，最后得到聚合物球狀納米材料的水溶液。通過(guò)透射電子顯微鏡對(duì)聚合我納米材料微觀(guān)形貌進(jìn)行觀(guān)測(cè)，參見(jiàn)圖3，其形貌為尺寸在60-100 nm之間球狀，尺寸比較一致，分布均勻。

實(shí)施例四：

在本實(shí)施例中，選用熒光素5-馬來(lái)酰亞胺作為表面修飾的模型分子對(duì)聚合物納米材料表面進(jìn)行原位功能化修飾。具體實(shí)施過(guò)程如下：取熒光素5-馬來(lái)酰亞胺（0.5 mg）溶解在DMF（30 μL）中，與上述納米球狀材料的水溶液進(jìn)行混合，12小時(shí)后，通過(guò)透析的方法除去未反應(yīng)的模型分子。對(duì)比反應(yīng)前后，反應(yīng)后的組裝體溶液明顯帶有熒光顏色，證明此聚合物納米材料具有表面可原位修飾功能化物質(zhì)的能力。帶有這種表面修飾的聚合物載體在實(shí)現(xiàn)載藥體系的靶向遞送方面上將大有應(yīng)用前景。

上面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明實(shí)施例進(jìn)行了說(shuō)明，但本發(fā)明不限于上述實(shí)施例，還可以根據(jù)本發(fā)明的發(fā)明創(chuàng)造目的做出多種變化，凡依據(jù)本發(fā)明技術(shù)方案的精神實(shí)質(zhì)和原理做的改變、修飾、替代、組合、簡(jiǎn)化，均應(yīng)為等效的置換方式，只要符合本發(fā)明的發(fā)明目的，只要不背離本發(fā)明嵌段聚合物的合成方法及球狀納米材料的制備方法和應(yīng)用的技術(shù)原理和發(fā)明構(gòu)思，都屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。