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两亲性共聚物在选择性溶剂中可以自组装形成具有丰富结构和形貌的聚集体,是目前高分子科学研究的热点之一。共聚物自组装体在新材料开发、医疗、生物模拟以及日常生活等领域具有广阔的应用前景。由氨基酸及其衍生物组成的聚肽具有独特的结构和性能,近年来在蛋白质结构模拟、分子链构象、生物医用材料等研究领域备受关注。本论文合成了多种基于聚肽的两亲性共聚物,通过多种测试手段研究了这些共聚物在选择性溶剂中的自组装行为,得到了多种结构的自组装体。讨论了聚合物分子结构、外界溶液条件、胶束制备方法等对聚肽共聚物自组装行为的影响;另外,还研究了环境敏感型聚肽胶束的药物包载和体外释放行为。
本文内容主要分为以下几个部分:
(1)通过采用五元环酸酐法(NCA法)制备了聚(γ-苄基L-谷氨酸酯)均聚物(PBLG)、聚(γ-苄基L-谷氨酸酯)-聚乙二醇嵌段共聚物(PBLG-b-PEG)、聚(γ-苄基L-谷氨酸酯)-聚氧化丙烯-聚(γ-苄基L-谷氨酸酯)三嵌段共聚物(PBLG-b-PPO-b-PBLG)以及聚乙二醇-乙二胺酰化聚谷氨酸-聚(γ-苄基L-谷氨酸酯)刷状嵌段共聚物(PEG-b-P(ELG-g-PBLG)),讨论了影响聚肽及其共聚物合成的因素。通过酯交换法制备了不同接枝率的聚(γ-苄基L-谷氨酸酯)-聚乙二醇接枝共聚物(PBLG-g-PEG)。在PBLG-b-PPO-b-PBLG三嵌段共聚物的基础上,通过碱解的方法制备了同时具有温度和pH敏感性的聚L-谷氨酸-聚氧化丙烯-聚L-谷氨酸三嵌段共聚物(PLGA-b-PPO-b-PLGA)。
(2)通过透析法制备了具有较低接枝率的PBLG-g-PEG接枝共聚物的水相自组装聚集体,主要研究了接枝率和起始溶剂性质等因素对接枝共聚物自组装行为的影响。研究发现,当以四氢呋喃(THF)为起始溶剂时,随着接枝率的上升,胶束形貌山囊泡变成纺锤形再到球形;当引入N,N-二甲基甲酰胺(DMF)到起始溶剂中时,低接枝率的共聚物形成纺锤形胶束,而高接枝率的共聚物依然形成球形胶束。
(3)研究了PBLG-b-PEG嵌段共聚物和PBLG均聚物共混体系的自组装行为,发现纯的PBLG-b-PEG嵌段共聚物自组装形成球形胶束,当加入高分子量的PBLG均聚物时,共混体系形成规整的超螺旋结构。这种超螺旋结构以刚性的PBLG为核,而PEG链段包围在外面使得聚集体在水中稳定存在。
(4)制备了PEG-b-P(ELG-g-PBLG)刷状嵌段共聚物的自组装胶束。研究表明,随着PBLG刷聚合度的增加,聚合物胶束形貌由球形变成纺锤形再转变成棒状。由于PBLG刷是垂直于疏水主链的,PBLG聚合度的增加显著地增加了分子间的距离,直接导致PEG链段间排斥力的下降,从而使得胶束向具有较小界面曲率的结构转变。
(5)研究了PLGA链段的长度、pH值和温度对PLGA-b-PPO-b-PLGA三嵌段共聚物的自组装行为的影响规律。PLGA链段在酸性溶液中采取亲水性较差的α-螺旋构象;升高pH值,PLGA链段转变成溶解性较好的无规线团构象。当PLGA链段较短时,共聚物自组装形成囊泡;增加PLGA的链长,聚集体转变成球形胶束。当溶液由酸性转变为碱性时,聚集体结构由囊泡转变为球形。同时,升高温度使得PPO链段脱水,聚集体的粒径减小。自组装聚集体同时表现出温度和pH值敏感性。另外,还以SCFT方法模拟了亲水链段长度和构象对ABA三嵌段共聚物自组装行为的影响,得到了类似的结果,并且得到了实验无法获得的聚集体内链段分布密度图。
(6)研究了PLGA-b-PPO-b-PLGA/PEG-b-PPO共混胶束对DOX的包载性能和体外释放行为。实验结果表明,共混胶束以两种嵌段共聚物共同的疏水部分PPO链段为胶束内核,而亲水的PLGA和PEG共同形成裹覆于其外的壳层。随着pH值的下降,PLGA链段的构象变成α-螺旋,共混胶束壳层发生微相分离,形成药物释放的通道。通过改变外界环境(如pH值和温度)以及两种嵌段共聚物的比例可以调节通道的尺寸及渗透性,从而达到调节释药速率的目的。该载药体系的各种组分都具有良好的生物相容性,并且表现出优异的药物包载和释放行为,可能会在药物传递系统将得到发展和应用。