（高分子化学与物理专业论文）偶氮吡啶聚合物囊泡的制备与光响应性质研究.pdf

摘要 摘要 两亲性嵌段共聚物如同小分子表面活性剂一样在溶液中能够呈现出不同形 态的聚集体，如球状、棒状、囊泡、复合胶束等。嵌段共聚物制备的囊泡在微反 应器，靶向药物传递，对比增强成像和模拟生物膜等方面的潜在应用，聚合物囊 泡引起了科学家们的广泛兴趣。而且通过引入不同的功能团制备环境响应的功能 囊泡。 最近，含偶氮苯生色团的两亲性共聚物受到人们广泛的关注。这是因为在光 照下偶氮苯生色团的异构化将使偶氮聚合物的结构和性质发生改变，这种微观变 化会导致宏观性质转变，比如光机械效应和三维空间的光力转化。 我们利用可逆加成一断裂链转移( r e v e r s i b l ea d d i t i o n - f r a g m e n t a t i o n t r a n s f e r ，r a f t ) 聚合方法合成了亲水嵌段含量不同的系列两亲性偶氮苯嵌段共 聚物，聚( n - 异丙基丙烯酰胺) _ b 一聚偶氮丙烯酸酯( p n i p a m _ b p a z p y ) 。通过n m r 、 g p c 、紫外一可见分光光度计等对上述偶氮苯嵌段共聚物进行了表征。而且利用 了t e i v ，c l s m 多种途径对制备的自组装囊泡结构进行了表征。接着，对所制备的 两亲性偶氮苯嵌段共聚物在溶液中的自组装和光响应行为进行了研究。具体研究 内容包括： 1 利用r a f t 聚合方法合成了p n i p a m _ b p a z p y 。在水四氢呋喃混合溶剂中， 两亲性的p n i p a m b - p a z p y 自组装得到大的球形微米囊泡分散于溶剂中。利用光学 显微镜观察，在3 6 5n m 和4 3 6n m 光交替激发下，偶氮苯囊泡会发生可逆的光致膨 胀一收缩形变。而且通过调节紫外光的强度来调节偶氮苯囊泡光致膨胀的程度。 通过u v - v i s 光谱的分析是光致异构化导致了可逆的形变。除此之外，在3 6 5n m 光照下，通过显微镜直接观察发现了临近的囊泡的融合现象。我们对偶氮苯囊泡 的光致融合过程进行了实时观测，同时提出偶氮基团的异构化是囊泡融合的一个 起因。 2 在上面工作的基础上，我们进一步设计了以1 ，3 一二溴丙烷为交联剂的偶 氮苯囊泡，考察交联效应对囊泡光致膨胀行为的影响。通过红外等方法证明了1 ， 3 一二溴丙烷对聚合物交联反应的进行。而且成功的制备了交联的偶氮苯囊泡。在 光响应实验中，发现交联囊泡的光致膨胀程度减小，而且交联程度越大，则光致 膨胀的程度越小。u v v i s 光谱的数据表明是交联作用限制了偶氮基团的光致异构 摘要 化过程，从而限制了光致膨胀。除此之外，交联的作用也抑制了囊泡的融合行为， 以致当交联度较大时，会发生部分融合的现象。 关键词：偶氮聚合物囊泡，光致膨胀，光致融合，交联 i i a b s t r a c t a b s t r a c t a m p h i p h i l i cb l o c kc o p o l y m e ra g g r e g a t e s ，l i k es m a l l - m o l e c u l es u f f a c t a m s ，c a i n _ a s s u m ear a n g eo fd i f f e r e n tm o r p h o l o g i e si nd i l u t es o l u t i o n ，i n c l u d i n gs p h e r e s ，r o d s ， v e s i c l e s ，c o m p o u n dm i c e l l e s ，a n do t h e r s i nt h ep a s ty e a r s ，v e s i c l e sp r e p a r e df r o m t h e b l o c kc o p 0 1 ) r m e r sh a v eb e e nw e l li n v e s t i g a t e d t h ei n t e r e s ti np o l y m e rv e s i c l e sw a s m o t i v a t e d ，i np a r t , b yt h e i rp o t e n t i a lu s ea sm i c r o r e a c t o r s ，t a r g e t e dd r u gd e l i v e r y ， c o n t r a s te n h a n c e di m a g i n g ，a n dm i m i cf o rb i o l o g i c a lm e m b r a n e s s p e c i a lg r o u p sw e r e c o n n e c t e dt ot h ep o l y m e rt op r e p a r es t i m u l i r e s p o n s i v ep o l y m e r v e s i c l e s r e c e n t l y ，a m p h i p h i l i c a z o b e r l z e n e c o n t a i n i n ga m p h i p h i l i cp o l y m e r s h a v e r e c e i v e dc o n s i d e r a b l ea t t e n t i o n u p o nl i g h ti r r a d i a t i o n , a z op o l y m e r sc a l ls h o wa v a r i e t y o f s t r u c t u r ea n d p r o p e r t y v a r i a t i o n s t r i g g e r e db y t h et r a n s c i s p h o t o i s o m e r i z a t i o no f t h ea z oc h r o m o p h o r e s ，w h i c hi nt u r nt r i g g e r sm e s o s c o p i cu pt o m a c r o s c o p i cc h a n g e s ，s u c ha sp h o t o m e c h a n i c a le f f e c ta n d ac o n v e r s i o nf r o ml i g h tt o m e c h a n i c a le n e r g y i n t h i st h e s i s ，a z o b e n z e n e c o n t a i n i n ga m p h i p h i l i c d i b l o c k c o p o l y m e r s ， p o l y ( n i s o p r o p y l a c r y l a m i d e ) 一b p o l y 6 - 4 - ( 4 - p y r i d y a z o ) p h e n o x y h e x y l a c r y l a t e ( p n i p a m b p a z p y ) w a ss y n t h e s i z e db yr e v e r s i b l ea d d i t i o n - f r a g m e n t a t i o n t r a n s f e r ( r a f t ) p o l y m e r i z a t i o n ；t h ea c h i e v e dd i b l o c kc o p o l y m e r sw e r e c h a r a c t e r i z e db y n m r ，g p c ，u v v i ss p e c t r o s c o p ya n dd s cm e a s u r e m e n t ；t h ep r e p a r e dp o l y m e r v e s i c l ew a sc o n f i r m e db yt e m ，c l s mm e a s u r e m e n t s e l f - a s s e m b l y a n d p h o t o r e s p o n s i v eb e h a v i o r s o ft h ea m p h i p h i l i ca z oc o p o l y m e r sw e r ei n v e s t i g a t e d t h e ya r ed e s c r i b e da sb e l o w ： 1 a m p h i p h i l i cd i b l o c kc o p o l y m e r s p n i p a m - b p a z p yw a ss y n t h e s i z e db y r a f tp o l y m e r i z a t i o no fn i p a ma n da z p ym o n o m e r s i n h 2 0 t h fm i x t u r e ， a m p h i p h i l i cp n i p a m b - p a z p ys e l f - a s s e m b l e s i n t og i a n ts p h e r i c a lm i c r o v e s i c l e s ， w h i c hw e r ed i s p e r s e di nt h em i x t u r e u s i n go p t i c a lm i c r o s c o p y ，t h ev e s i c l ew a s o b s e r v e dr e v e r s i b l es w e l l i n g s h r i n k i n gd e f o r m a t i o nu n d e rt h ea l t e r n a t eu vl i g h t a t 3 6 5 1 1 1 i la 1 1 dv i s i b l el i g h ta t4 3 6 n m t h ed e g r e eo f t h es w e l l i n gc o u l db ec o n t r o l l e db y t h ep o w e ro ft h eu vl i g h t u v - v i ss p e c t r ad e m o n s t r a t e dt h a tt h ei s o m e r i z a t i o no fa z o i i i a b s t r a c t u n i t sr e s u l t e di nt h er e v e r s i b l ed e f o r m a t i o n i na d d i t i o n ，u n d e rt h eu vl i g h t , t h e r e a l t i m ef u s i o np r o c e s so fv e s i c l e si sp r e s e n t e da n dt h ed e r i v a t i o ni sp r e l i m i n a r i l y d u et ot h ep e r t u r b a t i o nb yp h o t o i n d u c e dt r a n s t o - c i si s o m e r i z a t i o no fa z o b e n z e n e u n i t si nt h ev e s i c l e s 2 b a s e do nt h ep h o t o - r e s p o n s i v ep r o p e r t yo ft h ev e s i c l e ss e l f - a s s e m b l e df r o m p n i p a m - b - p a z p y ， w e d e s i g n e d a c r o s s l i n k i n g r e a c t i o nb e t w e e n 1 ， 3 - d i b r o m o p r o p a n ea n dp a z p y i nt h ev e s i c l e st oi n v e s t i g a t er e l a t i o n s h i pb e t w e e ns u c h as t r u c t u r ea n dt h er e v e r s i b l es w e l l i n g s h r i n k i n gd e f o r m a t i o n t h ec r o s s - l i n k e d v e s i c l e sw e r es u c c e s s f u l l yp r e p a r e d i nt h ei r r a d i a t i o ne x p e r i m e n t ，t h ep h o t o i n d u c e d s w e l l i n gw a sf o u n dt ob ed e c r e a s ea l o n gw i t ht h ec r o s s l i n k e de x t e n to ft h ev e s i c l e s a sr e v e a l e db yu v - v i ss p e c t r a , t h ep h o t o i s o m e r i z a t i o no fa z ou n i t sw a si n h i b i t e db y t h ec r o s s 1 i n k i n g ，w h i c hl o w e r e dt h e d e g r e eo fs w e l l i n g o n t h eo t h e rh a n d ， c r o s s 1 i n k i n ga l s or e s t r a i nt h ef u s i o no ft h ev e s i c l e ss ot h a tp a r t l yf u s i o no c c u r r e d w h e nt h ev e s i c l e sw e r ec r o s s 1 i n k e dm u c h 。 k e yw o r d s ：a z 0p o l y m e rv e s i c l e ，p h o t o i n d u c e ds w e l l i n g ，p h o t o i n d u c e df u s i o n ， c r o s s - l i n k i n g i v 中国科学技术大学学位论文原创性声明 本人声明所呈交的学位论文，是本人在导师指导下进行研究工作所取得的成 果。除已特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含任何他人已经发表或撰写 过的研究成果。与我一同工作的同志对本研究所做的贡献均已在论文中作了明确 的说明。 作者签名： 聋固 签字日期：星! 竺兰二二f 中国科学技术大学学位论文授权使用声明 作为申请学位的条件之一，学位论文著作权拥有者授权中国科学技术大学拥 有学位论文的部分使用权，即：学校有权按有关规定向国家有关部门或机构送交 论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅，可以将学位论文编入有关数据 库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。本人 提交的电子文档的内容和纸质论文的内容相一致。 保密的学位论文在解密后也遵守此规定。 玉公开口保密( 年) 作者签名：一轻吐习一一 签字日期：兰! 竺墨二二l 导师签名： 签字日期： 第1 章绪论 第1 章绪论 超分子、自组装等概念的提出以及在化学、材料及生物领域中的应用启示嵌 段共聚物的研究者，该体系的物理行为是通过嵌段大分子的自组装而实现的，且 该体系本身可以被视为一个超分子体系。这一思想促使人们从分子识别的角度、 从“分子社会”的大概念下去理解该体系的物理行为以及对体系进行分子和材料 设计。嵌段共聚物体系自组装的研究内容较为丰富，主要包括本体自组装微相分 离、在选择性溶剂中的缔合以及薄膜自组装等。其中，两亲性嵌段共聚物的自组 装是纳米科技的新兴研究领域之一。纳米胶束独特的结构，使其具有许多特殊的 性能，因而有望在生物、医药、催化、分离及分子光电器件等领域得到应用卜6 。 因此经两亲嵌段共聚物自组装制备纳米胶束已成为超分子研究领域的一个热点。 6 1 l 1 1 嵌段共聚物的自组装 基于对两嵌段共聚物聚集形态和本体性质的浓厚兴趣，科学家们对诸如含聚 苯乙烯和聚异戊二烯等的嵌段共聚物进行了一系列研究。聆相对分子质量很大 的聚苯乙烯和聚异戊二烯是不相容的，在本体中通常呈两相结构。已观察到了嵌 段共聚物在本体中所呈现的不同微相结构，包括球、六角密堆积圆柱体、双连续 相结构和片状结构，如f i g u r e1 1 所示。理论科学家已据自恰场理论绘制出嵌段 共聚物的相图，相图通常对称于卢o 5 处( f 是组分的体积分数) 。当f 分别从o 5 向0 或由0 5 向l 变化时，可发现相形态依次转变如下：层状双连续相一六角密 堆积圆柱体球无序状态，对这一转变已进行了许多实验研究。u 两嵌段共聚物在本体中的聚集形态依赖于：1 共聚物总聚合度n ；2 f l o r y h u g g i n s 参数z ，这是单体a 和b 之间相互作用的量度；3 组分的体积分数 f o 熵的贡献和n 相关，焓对自由能的贡献与) c 相关，因此n c 对共聚物形态而 言是非常重要的。 1 1 1 小分子表面活性剂 人们对双亲性小分子自组装行为的研究已较为透彻。小分子表面活性剂，诸 如十二烷基磺酸钠，有一个亲水头基与疏水烷基尾链相连，通常长度不超过1 0 个碳。极性基团的种类，疏水尾基的长度和数量，离子类型和浓度以及温度等因 素直接影响双亲分子在溶液中的组装形态。通过对这些因素的调节可以得到不同 第1 章绪论 的聚集形态，包括球、棒、薄片和囊泡。临界堆积参数v a o l 。决定聚集体的形态。 式中，v 是碳氢链的体积，a o 亲水基的理想面积，1 。是疏水基的临界链长。堆积 参数低于l ，3 时形成球形胶束；介于1 ，3 1 陀时，呈圆柱形胶束：介于1 2 1 之 间时，可观察到柔性双分子层状物或囊泡；如果v a o l 。接近于1 ，则呈平面双分 子层形态；当该参数大于l 时，可观察到反相结构。有些专著及其参考文献列举 了小分子表面活性剂形成的系列聚集形态。”，”双亲性嵌段共聚物可被认为是放 大了的小分子表面活性剂。将疏水链和亲水基的尺寸增大1 2 个数量级就可得到 嵌段共聚物。 警卿 ， 一哟 f i g u r e l1c o m m o n m o r p h o l o g i e s o f m i c r o b a s e s e p a r a t e db l o c kc o p o l y m e r s l 3 112 两亲性嵌段共聚物在选择性溶剂中的组装 嵌段共聚物在溶液中通常仍保持其不同嵌段间的不相容性。对于至少含一个 疏水链段的双亲性嵌段共聚物而言更是如此。在水溶液中，疏水链段驱动聚合物 链的聚集。最简单的情况是形成球形胶柬状聚集体，胶束内核由疏水链段组成， 亲水链段以溶剂化形式在核周围形成壳层，以维持胶束的稳定性。一般来说双 亲性共聚物的溶液行为与小分子表面活性剂类似。共聚物物理性质的不同晟终导 致形成不同性质的胶束。例如在水溶液中，含有长聚苯乙烯链段的共聚物胶束的 核比小分子表面活性剂( 比如十二烷基磺酸钠) 胶束的核大很多。对两嵌段共聚 物而言，其疏水或亲水部分大小的可调节性较小分子表面活性剂好。通过对聚合 工艺的控制，不溶性嵌段与可溶性嵌段之比是可以调节的，从而可获得一系列对 称( 即链段具有相同的长度) 和不对称( 即一个链段比另一个链段长) 的两嵌段 共聚物。这些两嵌段共聚物在溶液中通常会发生聚集。具有较长亲水链段的非对 第1 章绪论 称双亲性两嵌段共聚物，在水溶液中最终形成具有大壳小核星状胶束。相反，含 有长疏水链段的不对称两嵌段共聚物会聚集形成大壳小核的胶束，这种形态的胶 束被称为“平头”( c r e w - c u t ) 胶束。2 0 虽然星形胶束也很有趣，但只有平头胶束 聚集体系才会发生多种形态的变化。许多研究小组对两亲性嵌段共聚物的溶液自 组装研究极为关注，1 0 水溶液中许多不同形态的平头聚集物已被观察到。2 1 其 中，囊泡占有相图中最大的区域，因此它是最常见的双层结构形态。许多不同的 聚合物可以制备处结构、粒径和粒径分布各异的囊泡。结合本论文后续的实验结 果，下面着重介绍一下嵌段共聚物囊泡的研究进展。主要内容来自复旦大学江明 等著大分子自组装一书。 1 1 3 聚合物囊泡 1 1 3 1 囊泡曲率稳定的热力学 s h e n 等在p s 3 l o b p a a 5 2 共聚物的二氧六环水混合溶液的相图中，给出了囊 泡的稳定区域。2 2 他们提出囊泡的直径随混合溶剂中水含量的增大而增大，而且 证实囊泡尺寸随水含量的变化是可逆的。忍这一结果表明，事实上囊泡是一种潜 在的平衡结构。l u o 等也证明了这一点，发现了嵌段共聚物囊泡的热力学曲率稳 定性机理。2 3 该研究结果表明，较长的p a a 链段优先聚集在囊泡的外部，而较 短的p a a 链段则在囊泡的内部。由于外部的长p a a 链较内部的短p a a 链有更 强的排斥力，保证了囊泡表面曲率的稳定，使囊泡处于热力学平衡态。l u o 等用 芘与铊离子体系的荧光淬灭技术对此进行了研究。2 3 荧光芘分子被引到具有不同 p a a 链长的共聚物嵌段间的连接点上。芘标注的短p a a 链嵌段共聚物主要分布 在囊泡的内部，因而只有小部分芘的荧光会被t l + 淬灭；而带长p a a 链的芘标记 共聚物则基本暴露在囊泡的外部，几乎完全被t l + 淬灭，这直接证明了该囊泡内 部结构模型的正确性。f i g u r e1 2 中给出了囊泡的结构示意图。1 7 l u o 等提出p s - b p a a 嵌段共聚物囊泡的大小是由热力学控制的。乃通过改 变溶剂组成，特别是增加水含量，导致p s 核中溶剂质量的下降，使核与核外溶 剂间的界面能增加。为了抵消界面能的增加，囊泡尺寸将增大以使总表面积最小 化。荧光淬灭技术也证明，p a a 链的分凝( s e g r e g a t i o n ，指长p a a 链优先聚集于 囊泡外部而短p a a 链处于内部) 依赖于囊泡尺寸，即囊泡越大其长短链段的分 凝程度越小，而且尺寸变化是可逆的。囊泡尺寸的增大和减少涉及囊泡的融合和 裂分机理。2 3 简而言之，融合的第一步是两个囊泡接触并黏合，接着两个囊泡合 并构成了一个非稳态的中心壁，中心壁收缩融入囊泡外壁，最终融合形成具有平 滑外壁的均一囊泡。裂分过程则相反，首先是囊泡被拉长，接着形成内腰和窄的 外腰。此时，仍然能观察到两间隔间的连接，最后完成裂分，形成两个囊泡。 p s b p a a 囊泡的融合与分裂图见第三章研究背景。 第1 章绪论 a bc f i g u r e l2s c h e m a t i co f av e s i c l e 卸dr el m e d m i c l l a ra g g r e g a t e sp l u sv e s i c l e f e m i n g l i p i d 皿d d i b f o c kc o p o l y m e r s ( a ) v e s i c l e w i t has e c t i n nr e m o v e d t or e v e a l t h e m e m b r a n e t h i c f o l e s sd s c h e m a t i c a l l yr e p r e s e n t e d b y t h ed a r kg r a yr e g i o a s f o r ( a ) ap h o s p b e t i d y l c h o l f o e l i p i da sa t y p i c a l ， n a m r a l l i p o s o m e f o r m e r ；c o ) ad i b f o a kc o p o l y m e r o f p o l y a c r y l i ca c i d - p o l y s t y r e n e ( p a a p s l w h i c h p r e c i p i t a t e s 拈av e s i c l e w h e n w a t e r i sa d d e d i ns o l v e n t ；( c ) p s - p o l y ( i s o c y a n o - l - a l a n i n e l a l a n i n e ) ， w h i c h m a k e sv e s i c l e s i nc o e x i s t e n c e w i t hr o d su n d e ra c i d i cc o n d i t i o n s ；a n d ( d ) a m o l e c u l a r w e i g h t s e d e so f n o n i o n i cp o l y e t h y l e n e o x i d e - p o l y b u t a d i e n e ( p e o - p b d ) ，w h i c h m a k e s r o b u s tv e s i c l e s i n p u r ea q u e o u ss o f o t i o n si n t h e s ep h y s i c a k e p r e s e n t a t i o n so f a m p h i p h i l es t c t u r eg r a y i s h y d r o c a r b o n ，m d i so x y g e t l ，b l u e i sn i t r o g e n 。a n d y e l l o w i s p h o s p h o r u sd e m i l e dc h e m i c a l s 口u c t u sa r e g i v e n i n t h e r e f e r e n c e s ；h o l e t h a t t h e n u m b e r s o f m o n o m e ru n i t s i n d i c a t e d f o r t h e b i n c kc o p o l y m e r sa r ej u s ta v e r a g en u m b e r sa ss k e t c h e d i n s e c t i o n ，av e s i c l e m e m b r a n ec b eab i l a y e r w i t ha w e l l - d e f r o n d m i d p l a n e ，a s i s t y p i c a lo f p h o s p h o l i p i d m e m b r a n e s ，o r i tc 龃ka m o r e i n t e r d i g i t a t e ds t r u c t u r ep o l y t h s p o r s i t y n m o l e c u l a rs i z e t h a t i s f o c r 1 1 s c i o p o l y m e r a m p h i p h i l l s w o u l d t e n d ”g i v ea m o m i n t e r m o d i a t e m e m b r a n es c m ”( ba n d c ) a w o r m - “ r o d - l i k e m i e e l l ea n das p h e r i c a l m i c e l l e , r e s p e c t i v e l y ，f o r m e d f r o mb f o c kc o p o 】y m d m l a t o d m p h i 曲l i e s ” 每曲 第1 章绪论 1 1 3 2 囊泡尺寸变化的动力学 c h o u c a i r 等研究了水含量对p s b p a a 共聚物囊泡尺寸影响的动力学。2 4 研 究结果表明，随着水含量的增加，囊泡尺寸随之而增大的趋势减缓( 表现为弛豫 时间的增加) 。在较高水含量下，囊泡的融合速率低是因为囊泡的碰撞率和链运 动能力均有降低。c h o u c a i r 等同时还研究了水含量变化幅度( 加水增量) 对囊泡 尺寸的影响，结果表明加水增量变化幅度越大，尺寸变化的动力学速率越快，弛 豫时间越短。此外，他们还发现p a a 嵌段长度和聚合物初始浓度的增加均会导 致囊泡的融合率增加。2 4 计算得到的平均驰豫时间在1 0 7 0 0s 之间，并高度依 赖于实验条件，例如水含量、水含量变化幅度，p a a 嵌段长度和聚合物浓度。 1 。1 3 3 囊泡尺寸的分散度影响 t e r r e a u 等用一系列p s b p a a 嵌段共聚物研究p a a 嵌段分散度对聚集体形 态的影响。2 5 将一系列含有相同长度p s 嵌段但不同长度p a a 嵌段的共聚物进行 混合，以得到p a a 宽分布的同系列共聚物( 即在p s l 3 1 0 - b p a a 2 8 中维持p a a 嵌段 数均相对分子质量( m n ) 不变，而改变重均相对分子质量( m w ) ) ，并对此体系 进行研究。研究结果表明，总体上随着p a a 分散指数( p d i ) 的增加，囊泡尺寸 减小。例如，p a a 的p d i 为1 0 时，囊泡的平均尺寸为2 7 0n m ，但当p d i 增加 到2 1 3 时，囊泡尺寸降到8 5n m 。这正如l u o 等所述，是由于p a a 长链优先分 布到囊泡外，短链分布到囊泡内所致。分凝程度越大，囊泡曲率半径越小。结果 还表明长短链的不同分布只发生在相同的聚集体内，而未发生在不同的聚集体 中。 1 1 3 4 共聚物囊泡的制备 以上所述主要是e i s e n b e r g 小组对嵌段共聚物囊泡体系的研究结果。近来已 有多篇由不同类型的嵌段共聚物形成囊泡方面的综述报道。已经合成了许多可用 于囊泡研究的双亲性嵌段共聚物。 大量文献报道了以聚苯乙烯链段为共聚组成之一的嵌段共聚物囊泡。m e i j e r 研究小组合成了带有聚丙烯亚胺树状聚合物的聚苯乙烯，特别是p s d e n d r - ( n h 2 ) 8 ， 可以制备5 0 1 0 0n n l 的囊泡。2 6 含十六酰基和烷基偶氮苯的双亲性树状高分子， 可以在酸性水溶液中形成2 0 - - - 2 0 0r i m 的囊泡。2 7c o m e l i s s e n 等在乙酸钠缓冲溶液 中用嵌段共聚物聚苯乙烯一b 聚( 异氰基l 丙氨酸) ( p s 4 0 b p i a a l o ) 制备了双分 子层的坍塌囊泡，囊泡壁厚度为1 6n m ，粒径从几十到几百纳米。j e n e k h e 等用 刚一柔( r o d - c o i l ) 嵌段共聚物制成粒径为5 0 0 1 0 0 0n l n ，壁厚为2 0 0h i l l 的囊泡， 如聚苯基喹啉b 聚苯乙烯( p p q 5 0 b p s 3 0 0 ) 在二氯甲烷( d c m ) 和三氟乙酸( t f a ) 混合溶剂中形成的囊泡，偏光显微镜照片说明形成了高度有序的晶体结构。7 g r a v a n o 等用聚( 4 氨甲基苯乙烯) b 聚苯乙烯( p 4 a m s b p s ) ，其中存在少量 的p 4 a m s 单元( 单元数小于1 0 ) 和大量可调的p s 单元( 单元数在4 6 , - - 1 3 0 之 第1 章绪论 间) ，在d m f 和t h f - - 氧六环溶剂中得到了囊泡直径小于3 0 0n l t l 的单层囊泡。 2 8 刘国军研究小组通过将聚异戊二烯b 聚( 2 甲基丙烯酸肉桂酸乙酯) ( p i p - b p c e m a ) 中的p 碑嵌段羟基化，得到在水介质中稳定的囊泡，2 9 这里 p c e m a 构成囊泡壁。d i n g 等也在t h f 正己烷的混合溶剂中制得p i p - b p c e m a 囊泡，经过进一步的光交联、降解等不同的修饰制备得到中空囊泡。3 0 h a r r i s 等用聚环氧丁烷- b 聚环氧乙烷共聚物( p b o - b p e o ) 制备囊泡，发现 其中b o 单元个数为1 0 1 2 个，e o 单元个数为5 8 个，聚合物浓度在0 0 5 2 0 ( 质量分数) 的范围内可得到多层囊泡。3 1 在超声波振荡和适度的剪切下， p b o - b - p e o 囊泡可以稳定存在。最近，他们还用磺化环氧丁烷低聚物制成大小 1 2 0 1 7 5n n l 的囊泡，b o 的单元数为4 1 7 个。3 2 这种囊泡可以在室温稳定存在 至少5 个月，在1 0 0 稳定存在9 天。 d i s c h e r 等用聚乙基乙烯_ b 聚环氧乙烷( p e e a t - b - p e 0 4 0 ) 共聚物制得小囊泡 ( 小于2 0 0n m ) 和大囊泡( 2 0 5 0 1 m a ) ，称之为聚质体( p o l y m e r s o m e s ) 。1 0 研究 表明这种囊泡较典型的磷脂双分子层p e e 3 7 , - b p e 0 4 0 形成的囊泡的牢固程度要高 一个数量级，但对水的渗透要低几个数量级。这种囊泡的疏水壁厚度( d = 8n m ) 比典型的磷脂双分子层( d - - 3 - - 4n l i l ) 厚的多。此外，他们还用三嵌段共聚物 p e o - b p e e - b p e o 在水溶液中制备出囊泡并伴有筒状和球状胶束。” 含聚丁二烯的体系也可以用来制作囊泡。a n t o n i e t t i 小组用聚丁二烯- b - 聚( 2 一 乙烯吡啶) ( p b 2 1 0 - b - p 2 v p 9 9 ) 在聚合物浓度为5 0 ( 质量分数) 的水溶液中制备多 层囊泡，用作合成多孔硅的模板。3 4m a s k o s 等用交联的聚( 1 ，2 一丁二烯) - k 聚 环氧乙烷共聚物( p b 2 7 - b p e 0 2 8 ) 制得了双壳层囊泡和串状囊泡。d i s c h e r 小组用 p b 4 6 - b p e 0 2 6 制备了一系列大小不同的囊泡，小至1 0 0n l n ，大到几微米。在 水溶液中交联p b b p e o 囊泡可以提高囊泡的稳定性，经过干燥、储存，再溶于 水后仍可保持囊泡原来的尺寸和形状。b e r m u d e z 等研究表明提高共聚物 p b - b p e o 的相对分子质量可以使囊泡的疏水壁厚度增加至2 0n m 。的b a t e s 小组 证明嵌段共聚物p b - b - p e o 可以制成囊泡以及y 形结构和三维网状结构。u 科学家们已成功地制得缩氨酸系列囊泡，亦称其为胨质体( p e p t o s o m e s ) 。 k i m u r a 等用缩氨酸抗生素( g r a m i c i d i n a ) 连接聚乙二醇组装得到约8 5n m 大小 的缩氨酸囊泡。3 7 结果显示缩氨酸p e g 囊泡能够抵抗高浓度表面活性剂t r i t o n x 10 0 的作用，而d m p c ( d i i i l 徊s t o y l p h o p h a t i d y l c h o l i n e ) 脂质体囊泡在同样浓度的 t r i t o n x 1 0 0 作用下已被破坏。3 7k u k u l a 等用聚丁二烯b 聚l 一谷氨酸( p b - b - p g a ) 在纯水溶液中得到了大小为1 0 0 1 9 0n m 的囊泡，p b - b - p g a 中p b 链段长为 2 7 , 11 9 个单元，p g a 链段长为2 4 6 4 个单元。3 8c h e c o t 等在水丙三醇的混合 溶剂中得到了约1 2 0n i l 左右的p b 4 0 - b - p g a l o o 囊泡。拶 通过表面活性剂与聚合物间的协同作用可以制得各种不同的囊泡。k a b a n o v 等用嵌段离聚物聚甲基丙烯酸钠b 聚氧化乙烯( p m a n a - b - p e o ) 和不同单尾阳 6 第1 章绪论 离子表面活性剂形成的络合物，制得大小为8 5 1 2 0n l n 的囊泡。4 0 与此相似， b r o n i e h 等利用该高聚物与阳离子表面活性剂溴化异硫脲甲基十六烷基二甲 基铵( c 1 6 s u ) ，得到尺寸为8 0 - 1 0 0n l n 的小囊泡，4 1 这些囊泡在较高的离子 浓度下有较好的稳定性，在p h3 9 、温度2 3 - - 6 0 条件下，囊泡尺寸稳定。4 1 1 1 3 5 环境响应的囊泡 聚合物囊泡是空心的壳层结构，由两亲性嵌段共聚物形成双层膜构成。一般 聚合物囊泡只要由三中两亲性嵌段共聚物制备而成，一种是普通的嵌段共聚物， 一种是带刚性链段的嵌段共聚物，另一种是带有分子间相互作用的嵌段共聚物。 与小分子脂质体相比，聚合物囊泡具有很多更为优秀的性质，比如较高的力学强 度，较好的稳定性和薄膜的可塑性等。因此，聚合物囊泡被用来做药物载体，微 反应器，药物释放，以及微米、纳米材料的模板。很多潜在的应用也有待开发， 比如实现如何对包裹在囊泡中的物质进行控制释放等。为了达到这些目的，科学 家们开始制备就有环境相应性质的聚合物囊泡。4 2 人们利用p e g 链段的生物可降解性制各了p e g b p l a4 3 ，p e g b p c l4 4 ， p e g - b p m c l 4 5 的囊泡。在p h = 7 4 的环境中，聚酯链水解，从而导致囊泡的分 解。但是，聚酯的水解在较低的p h 环境中会被加速，这对在肿瘤的酸性条件中 会更为有用。除了水解疏水的链段，h u b b e l le ta l 通过氧化疏水链段的办法来改 变亲疏水的链段的比例来控制囊泡。他们合成了氧化响应的p e o - p p s p e o 三嵌 段的共聚物，4 6 4 8 用h 2 0 2 氧化p p s 的疏水链段，使其亲水，能够使囊泡在这个 氧化过程中变成蠕虫状胶束，球状胶束或者是完全可溶的共聚物。以上是一些水 解、氧化还原响应的聚合物囊泡的例子。 j p h 响应的聚合物囊泡也已经被报道了很多。使囊泡具有p h 相应性，一般 是将聚酸，如p a a ，或者聚碱，如p v p 的链段引入到嵌段共聚物当中，然后通 过调节质子化的程度，来改变链段的溶解性，从而改变囊泡的性质。我们首先来 讨论一下聚酸的体系。e i d s e n b e r ge ta 1 9 4 9 给出了平头胶束p a a b p s 的相图， 在稀的有机溶n 水的体系中，l i u 和e i s e n b e r g 发现p h 的改变可以引起了很快 的组装体的相态变化。d i s c h e r 观察到p a a b p b d 在水中由于p h 的增加，囊泡 会转变成蠕虫状和球状胶束。5 0c h i ue ta 1 也报道了p h 调节聚合物囊泡的通透性 的工作。1 6 在这一工作中，用来制备囊泡共聚物是a a c 和d s a 的无规共聚物， 利用双乳液技术，在水油水体系中制备了包含小囊泡在内大的囊泡，控制内部溶 液的p h 在4 o 5 5 。如图1 3 所示，当p h 调节到6 5 时，囊泡变得可通过水溶 液。作者认为没有离子化的a a c 的区域起到了p h 调控的通道的作用，当p h 升 高到6 5 ，a a c 开始质子化，导致氢键的破坏和未离子化的a a c 产生了疏水的聚 集，从而形成了通道。这是一个典型的不需要通道形成蛋白而可以调控膜通透性 的例子。f o r s t e r 的组利用p 2 v p b p e o 制备的囊泡可以实现通过p h 的调节，可 使囊泡内的物质快速，完全的释放。5 1 在中性和碱性条件下，p 2 v p 不溶于水， 7 第1 章绪论 但当溶液的p h 低于5 时p 2 v p 质子化后变得可溶，从而达到这一效果。 “气“ _ b 斟口u m b m ；州m cu 咖 晰b r d o 叫 a c u n b 中u n _ 0 n 州 cu n # n t h e 吣n 删 。 _ n b 酣 cu n b m 船 r hr e , o n o o 懈f 呼o n d i 蚺m h 州啪帅h 删旧h m n 帆m u m b n e “ 吒州h f i g u r e1 3 i l l u s t r a t i o no f m u l t i v e s i c u l a ra s s e m b l i e s p r o d u c e dv i aa t w o s t a g e d o