多组分混杂接枝共聚物的设计及应用探索

1、苏州大学本科生毕业设计 (论文)学院(部)材料与化学化工学部题 目多组分混杂接枝共聚物的设计及应用探索目录中文摘要1Abstract2第1章 前言.4第1.1节 研究背景.4第1.2节 研究目的及意义.4第2章 实验准备.5第2.1节 实验仪器.5第2.2节 实验原料.5第2.3节 表征方法.6第3章 实验内容.6第3.1节 单体合成.63.1.1呋喃保护-马来酸酐 (PMAH) 的合成.63.1.2呋喃保护-N-(1-羟甲基)羟乙基马来酰亚胺 (P-MI(OH)2) 的合成73.1.3 N-(1-羟甲基)羟乙基马来酰亚胺 (MI(OH)2) 的合成.73.1.4呋喃保护-N-(1-溴代异丁酰

2、氧基甲基-2-溴代异丁酰氧基)乙基马来酰亚胺 (P-MI(Br)2)的合成.83.1.5 N-(1-溴代异丁酰氧基甲基-2-溴代异丁酰氧基)乙基马来酰亚胺 (MI(Br)2)的合成.83.1.6苯乙烯化聚乙二醇单甲醚 (St-PEG) 的合成.8第3.2节 聚合物的合成.93.2.1 P(MI(Br)2-co-St-PEG-co-MI(OH)2) (PMSM) 的合成93.2.2 P(MI(Br)2-co-St-PEG-co-MI(PCL)2) (P1) 的合成.93.2.3 P(MI(PtBA)2-co-St-PEG-co-MI(PCL)2) (P2) 的合成.93.2.4 P(MI(PAA

3、)2-co-St-PEG-co-MI(PCL)2) (P3)的合成.11第3.3节 水相自组装和刺激响应性.11第3.4节 载药聚集体的制备及药物释放行为研究.11第4章 结果与讨论.12第4.1节 PMAH的表征.12第4.2节 单体引发剂MI(OH)2的表征.13第4.3节 单体引发剂MI(Br)2的表征.13第4.4节 大单体St-PEG的表征.15第4.5节 多组分混杂接枝共聚物的合成与表征.15第4.6节 聚合物的自组装及刺激响应性.20第4.7节 体外药物释放行为研究.20第5章 总结与展望.21参考文献.22致谢.24附录.25多组分混杂接枝共聚物的设计及应用探索中文摘要近年来，

4、随着高分子科学的迅速发展，接枝聚合物因其独特的结构与性能，不断进入大家的视野。研究者们通过控制合成具有精密拓扑结构的接枝聚合物及其衍生物，可望获得一些具有特殊物理化学性能的高分子，具体表现在聚集体自组装和刺激响应性上。可逆加成-断裂链转移 (RAFT) 聚合、开环聚合 (ROP) 和原子转移自由基聚合 (ATRP) 的发展为聚合物的合成带来了巨大的推进。因此，设计合成一种多组分混杂接枝共聚物，并探索其在生物医用领域的潜在应用，具有重要的意义。本文以苯乙烯-马来酰亚胺这组典型的交替共聚结构为基础，运用RAFT聚合、ROP、ATRP和水解反应，引入一些响应性基团，成功合成了目标接枝共聚物P(MI(

5、PAA)2-co-St-PEG-co-MI(PCL)2) (P3)，并初步探究其水相自组装行为、刺激响应性和药物负载及释放的能力。具体实验如下：以含双硫键的对称型RAFT试剂 S-CPDB作为链转移剂，进行苯乙烯化聚乙二醇单甲醚 (St-PEG)、双羟基马来酰亚胺 (MI(OH)2) 和双溴化马来酰亚胺 (MI(Br)2) 的RAFT共聚，得到无规接枝共聚物PMSM。然后，依次进行己内酯 (CL) 的ROP、丙烯酸叔丁酯 (tBA) 的ATRP和选择性水解反应，合成混杂刷形共聚物P3。根据1H NMR和GPC结果分析，各种聚合物的分子量可控性较好，分子量分布指数 (Ð) 在1.40-

6、1.63之间。接着，进行了水相自组装，发现在改变pH和加入DTT (10 mM) 时，聚合物的尺寸不断改变，形貌呈球形胶束，具有较好的稳定性。最后，进行了体外药物释放实验，发现负载阿霉素的聚集体具有较高的药物包封率 (83.6%) 和药物负载率 (16.7%)，在37 oC、48 h时药物累积释放量分别为：58.7% (pH 5.3 + DTT)、49.7% (pH 7.4 + DTT)、43.1% (pH 5.3) 和29.3% (pH 7.4)。这些结果表明，含线型和两种V型侧链的混杂接枝共聚物可望能作为一类有一定应用前景的纳米载体。关键词：多组分混杂接枝共聚物；水相自组装；刺激响应性；药

7、物控释 作 者：顾浩亮指导老师：赵优良教授Design and Application of Multicomponent Heterografted CopolymerAbstractIn recent years, with the rapid development of polymer science, grafted polymers have entered the field of vision because of their unique structure and properties. By controlling the synthesis of graft polym

8、ers and their derivatives with precise architecture, the researchers expect to obtain several polymers with special physicochemical properties, which are manifested in self-assembly and stimuli-responsiveness. The developments of reversible addition-fragmentation chain transfer (RAFT) polymerization

9、, ring-opening polymerization (ROP) and atom transfer radical polymerization (ATRP) have brought a tremendous advancement to the synthesis of polymers. Therefore, it is of great significance to design a multicomponent heterografted copolymer and explore its potential applications in the biomedical f

10、ield. Based on the typical alternating comonomer of styrene and maleimide, the target graft copolymer P(MI(PAA)2-co-St-PEG-co-MI(PCL)2) (P3) was synthesized successfully by using RAFT polymerization, ROP, ATRP and hydrolysis reaction. Meanwhile, some properties such as aqueous self-assembly behavior

11、, stimuli responsiveness, and drug loading and release properties were investigated.The main experiments are listed below:RAFT copolymerization of styrenenic polyethylene glycol monomethyl ether (St-PEG), N-(1-hydroxymethyl)hydroxyethylmaleimide (MI(OH)2) and N-(1-bromoisobutyryloxymethyl-2-bromoiso

12、butyryloxy)ethylmaleimide (MI(Br)2) mediated by a disulfide-containing RAFT reagent S-CPDB was initially performed to synthesize the random graft copolymer P(MI(Br)2-co-St-PEG-co-MI(OH)2) (PMSM). Then, successive ROP of -caprolactone (CL), ATRP of tert-butyl acrylate (tBA) and selective hydrolysis o

13、f PtBA grafts were performed to obtain heterografted brushlike copolymer P3. As revealed by 1H NMR and GPC analysis, all synthesized polymers were controllable in molecular weight and the dispersity ranged between 1.40 and 1.63. The polymer could self-assemble into morphology of spherical micelles i

14、n aqueous solution, and the sizes of copolymer aggregates constantly changed upon pH adjustment and addition of 10 mM DTT. In addition, in vitro drug release experiments were conducted, where the DOX-loaded copolymer aggregates had relatively high drug encapsulation efficiency (DLE = 83.6%) and drug

15、 loading content (DLC = 16.7%), and the cumulative releases at 37 oC for 48 h were 58.7% (pH 5.3 + DTT), 49.7% (pH 7.4 + DTT), 43.1% (pH 5.3), and 29.3% (pH 7.4), respectively. Our preliminary results revealed that the resultant heterografted copolymer with linear and two types of V-shaped grafts ma

16、y have great potential as nanocarriers for smart drug delivery system.Keywords: multicomponent heterografted copolymer; aqueous self-assembly behavior; stimuli responsiveness; drug loading and release Written by: Haoliang GuSupervised by: Prof. Youliang Zhao第1章 前言第1.1节 研究背景众所周知，接枝聚合物是由线型主链和与其相连的接枝侧链

17、所组成的一类聚合物，具有与众不同的结构。它们同线型类似物相比，具有不同的物理化学性能，因而受到了广泛关注。其中，多组分混杂接枝共聚物1含有两种及以上的接枝侧链，具有更加复杂的结构。本文主要结合本文主要结合可逆加成-断裂链转移 (RAFT) 聚合、开环聚合 (ROP)、原子转移自由基聚合 (ATRP) 和水解反应控制合成同时含有线型和两种V型侧链的混杂接枝共聚物，研究了水相自组装行为、刺激响应性和药物包载与释放性能，并初步探索了聚合物在生物医用纳米载体上的应用潜力。RAFT聚合可用于合成接枝聚合物。Chiefari等2利用链转移剂成功实现了多种单体的RAFT聚合，此方法适用于各种单体和反应条件，

18、并具有分子量可控和分子量分布指数较低等特点。最近，Foster等3在使用RAFT聚合进行接枝时，发现一种新方法，并称之为“Transfer to”。他们讨论了用RAFT试剂法制备接枝聚合物时的几个影响因素，包括CTA选择、单体结构以及反应条件如溶剂、温度和压力。最后得到结论，使用这种方法制备高纯度的接枝聚合物，应该选择能使终止最小化和降低空间屏蔽的条件。ATRP是合成聚合物的另一种重要手段。Matyjaszewski等4首先介绍了ATRP的基本机理和合成特征，其重点为包括超低浓度Cu催化剂的各种催化引发体系；随后介绍了ATRP的主要成分，如单体、引发剂、催化剂和各种添加剂以及它们的作用，并说明

19、它们的反应活性与结构相关；最后讨论了不同介质和外部刺激对聚合速率和控制有不同的影响。综上所述，ATRP也是用来合成接枝聚合物的有效方法。刺激响应聚合物是一类可以通过物理或化学变化自组装以响应外部环境中细小变化的聚合物，也被称为环境敏感型聚合物。这类聚合物可以响应温度、pH值、二氧化碳、氧化还原性物质、光、电磁场等因素5。第1.2节 研究目的及意义在合成接枝聚合物的过程中引入一些响应性的基团，当外界向其施加刺激时，聚合物的结构和性能会发生相应的改变。苯乙烯-马来酰亚胺为典型的交替共聚单体体系，本研究在此基础上设计合成多组分混杂接枝共聚物，以含双硫键的对称型化合物S-CPDB为链转移剂，采用RAF

20、T聚合合成侧挂两类反应性基团的接枝聚合物，再通过ROP、ATRP以及水解反应引入两种V型侧链，制备了具有pH和还原双重响应的混杂接枝共聚物。同时，进行水相自组装，施加不同的刺激6，利用DLS和TEM等手段对聚合物的粒径及形貌进行表征。模拟不同条件下的体外药物释放实验，探究其在药物载体方面的前景和价值。第2章 实验准备第2.1节 实验仪器三口烧瓶、圆底烧瓶、恒压滴液漏斗、磁力搅拌器、恒温油浴锅、直型冷凝管、磨口塞、滴管、砂芯漏斗、抽滤瓶、色谱柱、层析缸、锥形瓶、旋蒸仪、真空干燥箱、烘箱、烧杯、量筒、核磁管、干燥器等。第2.2节 实验原料试剂名称生产厂商及规格呋喃麦克林，A.R.，99%马来酸酐A

21、lfa Aesar，98%，重结晶丝氨醇上海屹昶化学有限公司，98%甲醇上海凌峰化学试剂有限公司，A.R.二氯甲烷 (DCM)国药集团化学试剂有限公司，CaH2干燥后蒸馏N,N-二环己基碳二亚胺 (DCC)国药集团化学试剂有限公司，95%4-二甲氨基吡啶 (DMAP)国药集团化学试剂有限公司，98%2-溴代异丁酰溴TCI (上海) 化成工业发展有限公司，98%三乙胺国药集团化学试剂有限公司，A.R.四氢呋喃 (THF)国药集团化学试剂有限公司，CaH2干燥后蒸馏N,N-二甲基甲酰胺 (DMF)国药集团化学试剂有限公司，MgSO4干燥后减压蒸馏聚乙二醇单甲醚 (PEG)Sigma-Aldiric

22、h，98%对氯甲基苯乙烯 (VBC)TCI，97%2,2-偶氮二异丁腈 (AIBN)国药集团化学试剂有限公司，99%甲苯国药集团化学试剂有限公司，钠丝干燥后蒸馏己内酯 (CL)Sigma-Aldirich，99%, CaH2干燥后减压蒸馏异辛酸亚锡 (Sn(Oct)2)Sigma-Aldirich，99%丙烯酸叔丁酯 (tBA)Sigma-Aldirich，98%，过碱性氧化铝溴化亚铜 (CuBr)国药集团化学试剂有限公司，醋酸和乙醇洗涤五甲基二乙烯三胺 (PMDETA)Sigma-Aldirich，99%三氟乙酸国药集团化学试剂有限公司，C.P.二硫代苏糖醇 (DTT)Merck，99%1,

23、4-二氧六环 (dioxane)国药集团化学试剂有限公司，CaH2干燥后蒸馏含双硫键 RAFT试剂(S-CPDB)根据文献方法合成7第2.3节 表征方法以CDCl3为溶剂，使用美国Varian公司核磁共振测试仪测定1H NMR (400 MHz) 谱图。在37 oC下，采用Waters 150-C凝胶渗透色谱仪 (GPC) 测试聚合物的表观分子量 (Mn,GPC) 和分子量分布指数 (Ð)。利用德国布鲁克公司生产的VERTEX70号红外光谱仪测试红外光谱 (FT-IR)。使用具有波长为633 nm的 He-Ne光反散射检测器的Zetasizer Nano-ZS (Malvern In

24、struments) 测定胶束溶液的动态光散射 (DLS)。通过Hitachi H-600电子显微镜进行透射电镜测试 (TEM)。第3章 实验内容第3.1节 单体合成3.1.1 呋喃保护-马来酸酐 (PMAH) 的合成在氮气氛围中，向装有磁性搅拌子的三口烧瓶中加入马来酸酐 (30.0 g，0.306 mol)，用新蒸甲苯溶解，油浴锅加热至80 oC，然后向其中缓慢滴加呋喃 (31.2 g，0.459 mol)，在滴加呋喃的过程中，有白色固体析出。滴加完毕，换上冷凝管，回流反应过夜。反应完毕，抽滤，用正己烷反复洗45次，真空干燥，得32.7 g土黄色产物，产率为64.4%。1H NMR (CDC

25、l3): 6.58 (s, 2H, CH=CH), 5.46 (s, 2H, CHOCH), 3.19 (s, 2H, CHC(=O)O).Scheme 3.1 Synthetic routes to MI(Br)2 (a), MI(OH)2 (b) and St-PEG (c)3.1.2 呋喃保护-N-(1-羟甲基)羟乙基马来酰亚胺 (P-MI(OH)2) 的合成 根据文献8，向三口烧瓶中加入PMAH (14.2 g，85.7 mmol)，用甲醇作溶剂溶解，加热至55 oC，然后向其中缓慢滴加稍过量的丝氨醇 (7.80 g，85.7 mmol)。滴加完毕，反应4天。在反应过程中，有清油状物质

26、出现。反应完毕，用DCM溶解，水洗 3次，每次20 mL，然后萃取分液，取有机相，旋蒸溶剂并风干，得14.5 g黄色产物，产率为71.1%。1H NMR (CDCl3): 6.54 (s, 2H, CH=CH), 5.29 (s, 2H, CHOCH), 3.88-4.29 (m, 5H, CHN and CH2OH), 2.92 (s, 2H, CHCO).3.1.3 N-(1-羟甲基)羟乙基马来酰亚胺 (MI(OH)2) 的合成 根据文献9，取1.0 g P-MI(OH)2，用DMF溶解于25 mL圆底烧瓶中，放置110 oC油浴锅内搅拌加热4 h。反应完毕，减压蒸馏除去溶剂，重复操作3次

27、，过色谱柱提纯，淋洗剂选用体积比为8:1的石油醚/乙酸乙酯混合液，得产物0.74 g，产率为74.0%。1H NMR (DMSO): 6.98 (s, 2H, CH=CH), 4.00 (s, H, CHN), 3.57-3.64 (m, 4H, CH2OH).3.1.4 呋喃保护-N-(1-溴代异丁酰氧基甲基-2-溴代异丁酰氧基)乙基马来酰亚胺 (P-MI(Br)2) 的合成在氮气氛围中，向装有磁力搅拌子的三口烧瓶中加入P-MI(OH)2 (10.0 g，41.8 mmol)和三乙胺 (4.64 g，45.8 mmol)，以新蒸的THF作为溶剂，在冰水浴及剧烈搅拌下，缓慢滴加2-溴代异丁酰溴

28、 (14.4 g，62.9 mmol)。然后，在室温下反应过夜，第二天点板判断反应进程。反应完毕，先抽滤除盐，随后旋蒸除去溶剂THF，加入硅胶粉旋干，用色谱柱提纯产物，淋洗剂为7:1 (体积比) 的石油醚/乙酸乙酯的混合液，得金黄色产物12.7 g，产率为56.5%。1H NMR (CDCl3): 6.51 (s, 2H, CH=CH), 5.26 (s, 2H, CHOCH), 4.45-4.71 (m, CHN and CH2OCO), 2.86 (s, 2H, CHCON), 1.89 (d, 12H, OOC(CH3)2Br).3.1.5 N-(1-溴代异丁酰氧基甲基-2-溴代异丁酰氧

29、基)乙基马来酰亚胺 (MI(Br)2) 的合成取1.0 g P-MI(Br)2，用DMF溶解于25 mL圆底烧瓶中，放置110 oC油浴锅内搅拌加热4 h。反应完毕，减压蒸馏除去溶剂，重复操作3次。选用体积比为10:1的石油醚/乙酸乙酯混合液作为淋洗剂，过色谱柱提纯产物，最终得产物0.643 g，产率为64.3%。1H NMR (CDCl3): 6.73 (s, 2H, CH=CH), 4.49-4.63 (m, 5H, CHN and CH2OCO), 1.89 (m, 12H, OOC(CH3)2Br).3.1.6 苯乙烯化聚乙二醇单甲醚 (St-PEG) 的合成根据文献10，取聚乙二醇单

30、甲醚 (10.0 g，13.3 mmol)，溶于甲苯中共沸除水，随后在氮气氛围下，分批次将Na (0.63 g) 加入反应器中，以THF作溶剂，在35 oC条件下搅拌30 h。搅拌完毕，在氮气氛围及将冰水浴条件下，用THF作溶剂溶解对氯甲基苯乙烯 (8.1 g，53.0 mmol)，缓慢滴加至反应器中，30 oC下反应24 h。反应完毕，加入约10 mL水，搅拌1 h以除掉未反应的Na。旋蒸除去THF，用DCM萃取水中的产物St-PEG 3次，随后用无水硫酸钠干燥过夜。过滤，旋蒸除去DCM，用正己烷沉淀，最终得产物10.0 g，产率为85 %。1H NMR (CDCl3): 7.28-7.40

31、 (m, 4H, PhH), 6.67-7.05 (m, 1H, PhCHCH2), 5.65-5.79 (m, 1H, PhCHCH2), 5.22-5.33 (m, 1H, PhCHCH2), 4.55-4.66 (m, 2H, PhCH2O), 3.65 (s, 4H, OCH2CH2OCH3), 3.38 (s, 3H, CH2OCH3).第3.2节 聚合物的合成3.2.1 P(MI(Br)2-co-St-PEG-co-MI(OH)2) (PMSM) 的合成 取反应瓶，贴上标签，加入搅拌子。取上述合成的St-PEG (1.37g，1.58 mmol)、MI(OH)2 (108 mg，0

32、.630 mmol)、MI(Br)2 (296 mg，0.630 mmol)、RAFT试剂 S-CPDB (28.5 mg，0.042 mmol)、偶氮类引发剂AIBN (2.77 mg，0.017 mmol) 依次加入反应瓶中，然后加入2.75 mL DMF作溶剂，最后总体积为3.75 mL。盖上翻口塞，通氮气20 min排除空气，封蜡密闭。在70 oC油浴锅内反应30 h。反应完毕，先减压蒸馏除溶剂DMF，接着用THF溶解稀释，逐滴加入剧烈搅拌的乙醚中沉淀三次，静置后倒去上层清液，先放吹风口吹干，随后放真空烘箱烘干，得822 mg橘黄色粘稠状产物，St-PEG转化率为76.7%，MI(OH

33、)2转化率为80%，MI(Br)2转化率为73.3%。3.2.2 P(MI(Br)2-co-St-PEG-co-MI(PCL)2) (P1) 的合成11在氮气氛围下，向带有磁力搅拌子的反应管中加入PMSM (100 mg，0.066 mmol)、CL (226 mg，1.98 mmol) 和Sn(Oct)2 (15 mg，0.037 mmol)，再加入甲苯至总体积为1 mL。经三次液氮冷冻抽真空后，在真空条件下密封，110 oC油浴锅内反应20 h。反应完毕，冷冻骤冷，再打开反应管顶部让空气进入，用正己烷沉淀三次，风干，放真空烘箱烘干，得300 mg浅绿色产物，单体转化率为83.3%3.2.3

34、 P(MI(PtBA)2-co-St-PEG-co-MI(PCL)2) (P2) 的合成在氮气氛围下，向装有磁力搅拌子的25 mL圆底烧瓶中加入P1 (200 mg，0.025 mmol)、tBA (2.54 g, 19.8 mmol) 和CuBr (3.57 mg, 0.024 mmol)，加入5.93 mL dioxane作溶剂，总体积为8.47 mL。然后在液氮中冷冻并抽真空20 min，解冻，重复两次操作。在氮气保护下加入PMDETA (4.29 mg, 0.024 mmol) 并重复上述操作两次，封管，放置70 oC油浴锅内反应30 h。反应完毕，骤冷并让空气进入，随后加入甲苯共沸除

35、未反应的tBA，重复3次。再用150 mL THF溶解，过中性氧化铝柱子除铜盐。纯化后，得380 mg产物。单体转化率为3.25%。Scheme 3.2 Synthetic routes to PMSM, P1, P2 and P33.2.4 P(MI(PAA)2-co-St-PEG-co-MI(PCL)2) (P3) 的合成取100 mg聚合物P2，加入3 mL DCM和0.1 mL三氟乙酸12，封管，在室温下剧烈搅拌反应40 h。反应完毕，先旋蒸除去溶剂以及剩余的三氟乙酸，用THF溶解转移，风干后得78 mg产物。第3.3节 水相自组装和刺激响应性取20 mg聚合物，用2 mL DMSO溶

36、解，超声1 h。然后缓慢滴加到剧烈搅拌的15 mL水中，滴加完毕搅拌4 h使其完全分散。将水溶液装入透析袋中，放入去离子水中搅拌透析30 h，期间每隔一小时换一次去离子水13。透析完毕，从水溶液中取6等份，分别装进6个干净的小样品瓶中，依次调成原样、pH 5.3、pH 7.4、DTT (10 mM)、pH 5.3 + DTT、pH 7.4 + DTT，进行DLS和TEM测试，观测共聚物聚集体的尺寸和形貌。第3.4节 载药聚集体的制备及药物释放行为研究将聚合物 (20 mg) 和阿霉素盐酸盐 (DOX·HCl, 4 mg) 溶于4 mL DMSO，接着加入15 µL三乙胺，室

37、温下搅拌5 h，使得三乙胺充分中和盐酸盐，并且聚合物和药物充分在有机相中舒展开来。将溶液转移至MWCO 7000透析袋透析24 h，每隔12 h换一次去离子水，在水相与有机相交换的过程中实现聚合物自组装形成胶束。透析完毕，取出负载液，并测量其体积。DOX的含量可用荧光光谱仪测得 (激发波长480 nm，发射波长560 nm)。通过分析，载药量 (DLC) 是指实际负载的药物质量与聚合物质量之比，包封率 (DLE) 是指实际负载的药物质量与投入的药物质量之比。取4份DOX负载的自组装溶液 (2.0 mL) 置于透析袋中 (MWCO 7000Da)，在37 oC条件下，分别浸没在pH 7.4、pH

38、 5.3、pH 7.4 + DTT和pH 5.3 + DTT的20 mL PBS缓冲溶液中，不断搅拌透析。一定的时间间隔内，用4.0 mL新鲜的PBS溶液置换出透析袋外的透析液 (4.0 mL)。取出的透析液用于荧光测试，聚集体释放出的DOX量通过室温条件下荧光光谱测得 (激发波长为480 nm)，每种条件下各做三组平行实验14。第4章 结果与讨论第4.1节 呋喃保护-马来酸酐 (PMAH) 的表征Figure 4.1 1H NMR spectrum of PMAH以马来酸酐和呋喃为原料，甲苯为溶剂，80 oC条件下反应得PMAH。从核磁共振氢谱图 (Figure 4.1) 上，可以看到 6.

39、58 (s, 2H, CH=CH), 5.46 (s, 2H, CHOCH), 3.19 (s, 2H, CHC(=O)N) 的特征化学位移，说明产物合成成功，可以进行下一步实验。Figure 4.2 1H NMR spectrum of P-MI(OH)2Figure 4.3 1H NMR spectrum of MI(OH)2第4.2节 单体引发剂MI(OH)2的表征根据文献8，将PMAH和丝氨醇进行反应，得到产物P-MI(OH)2。分析核磁共振氢谱图 (Figure 4.2) 可知， 6.54 (s, 2H, CH=CH) 的特征化学位移代表的是呋喃保护的双键，说明它是我们所需要的产物。

40、然后，进行脱保护反应，脱除呋喃，得到第一种单体引发剂MI(OH)2。从核磁共振氢谱图 (Figure 4.3) 上，我们可以看出，原本 6.54 (s, 2H, CH=CH) 的特征化学位移已变成 6.98 (s, 2H, CH=CH)，5.46 (s, 2H, CHOCH) 的特征化学位移也已经消失，说明呋喃被成功脱除。第4.3节 单体引发剂MI(Br)2的表征本课题组，采用已合成的P-MI(OH)2与2-溴代异丁酰溴发生酰化反应，引入我们需要的溴官能团，得到产物P-MI(Br)2。核磁共振氢谱图 (Figure 4.4) 告诉我们，存在 1.89 (s, 12H, CH3) 的特征化学位移

41、，说明产物中含有四个同等地位的甲基，即两个2-溴代异丁酰溴，其他特征化学位移基本不变，证明该物质为目标产物。随后，在此基础上脱除呋喃，获得第二种单体引发剂MI(Br)2。根据对核磁共振氢谱图(Figure 4.5) 的分析可知，呋喃保护的 6.51 (s, 2H, CH=CH) 消失，取而代之的是 6.73 (s, 2H, CH=CH)，并且原本在 5.26 (s, 2H, CHOCH) 的特征化学位移也消失不见，由此可推断反应成功，产物正确。Figure 4.4 1H NMR spectrum of P-MI(Br)2Figure 4.5 1H NMR spectrum of MI(Br)2

42、Figure 4.6 1H NMR spectrum of St-PEG第4.4节 大单体St-PEG的表征根据文献10所述方法，用聚乙二醇单甲醚和Na反应生成醇钠中间体，再与对氯甲基苯乙烯反应，合成St-PEG。核磁共振氢谱图 (Figure 4.6) 上显示 7.28-7.40 (m, 4H, PhH), 6.67-7.05 (m, 1H, PhCHCH2), 5.22-5.79 (m, 2H, PhCHCH2), 4.55-4.66 (m, 2H, PhCH2O), 3.65 (s, 4H, OCH2CH2OCH3), 3.38 (s, 3H, CH2OCH3) 的这些特征化学位移，正好

43、与St-PEG符合，说明产物正确。第4.5节 多组分混杂接枝共聚物的合成与表征首先，进行三种单体的RAFT共聚合，成功合成了共聚物PMSM。以S-CPDB为链转移剂，AIBN为引发剂，具体配比为：St-PEG0:MI(OH)20:MI(Br)20:S-CPDB0:AIBN0 = 30:15:15:1:0.4，M0 = 400 mg mL-1。以新蒸DMF作溶剂，总体积为3.75 mL。从核磁共振氢谱图 (Figure 4.7) 中可以看到，特征化学位移 7.95, 7.53, 7.38 (PhH), 3.75 (CH2OH of MI(OH)2), 3.65 (CH2CH2O of St-PE

44、G) 和2.18 (CH3)2CBr of MI(Br)2) 都存在。以S-CPDB中苯环上的H原子的个数作为基准，对特征化学位移进行积分计算，得出结论：St-PEG的重复单元个数为23，MI(OH)2的重复单元个数为12，MI(Br)2的重复单元个数为11。该结果与投料比相符合，且基本满足交替共聚。计算得核磁分子量Mn,NMR = 27800 g mol-1，根据GPC曲线 (Figure 4.8) 分析，分子量分布指数Ð = 1.40。红外谱图 (Figure 4.9(a) 显示，在1720 cm-1 (vC=O of MI(Br)2), 1100 cm-1 (vCOC of P

45、EG), 1050 cm-1 (vOH of MI(OH)2) 处有典型的吸收峰。Figure 4.7 1H NMR spectrum of PMSMTable 4.1 Results for synthesis of P(MI(Br)2-co-St-PEG-co-MI(OH)2) (PMSM), P(MI(Br)2-co-St-PEG-co-MI(PCL)2) (P1), P(MI(PtBA)2-co-St-PEG-co-MI(PCL)2) (P2) and P(MI(PAA)2-co-St-PEG-co-MI(PCL)2)(P3)arunsampleIbC%cMn,thdÐeMn

46、,NMRfDPPMf1PMSMS-CPDB76.7289001.4027800232P1PMSM83.31080001.4396200253P2P13.251860001.6316900026a Reaction conditions: St-PEG0:MI(OH)20:MI(Br)20:S-CPDB0:AIBN0 = 30:15:15:1:0.4, M0 = 400 mg mL-1, in DMF at 70 oC for 30 h (run 1); CL0:PMSM0:Sn(Oct)20 = 30:1:0.5, in toluene at 110 for 20 h (run 2); P10

47、:tBA0:CuBr0:PMDETA0 = 1:800:1:1, M0 = 300 mg mL-1, in dioxane at 70 oC for 30 h (run 3). b Functional RAFT agent (run 1) and macroinitiator (run 2-3). c Monomor conversion determined by gravimetry. d Theoretical molecular weight (g mol-1).e Dispersity (Ð) estimated by GPC. f Molecular weight (g

48、 mol-1) and polymerization degree of PM segment (DPPM) determined by 1H NMR analysis.Figure 4.8 GPC traces of PMSM, P1 and P2接着，由上述合成的大分子引发剂引发CL的ROP，合成了共聚物P(MI(Br)2-co-St-PEG-co-MI(PCL)2)。按照配比 (CL0:PMSM0:Sn(Oct)20 = 30:1:0.5) 进行反应。分析核磁共振氢谱图 (Figure 4.10) 发现， 4.05 (terminal CH2OH), 2.31 (CH2CO), 1.65

49、 (CH2CH2CH2CH2OCO) 和1.38 (CH2CH2CH2OCO) 处为PCL的特征化学位移，其他化学位移依然存在且变化不大。我们以St-PEG上的H原子数作为基数，对新出现的特征化学位移进行积分分析，计算出PCL的重复单元数为25，由此可以计算出核磁分子量Mn,NMR = 96200 g mol-1。GPC曲线 (Figure 4.8) 显示，该聚合物的分子量分布指数Ð = 1.43。红外谱图 (Figure 4.9(b) 中出现PCL的典型吸收峰1720 cm-1 (vC=O), 1420 cm-1 (CH) 和732 cm-1 (CH)。Figure 4.9 FT-

50、IR spectra of PMSM (a), P1 (b) and P2 (c)Figure 4.10 1H NMR spectrum of P1然后，利用大分子引发剂P2引发tBA进行ATRP，制备了接枝共聚物P(MI(PtBA)2-co-St-PEG-co-MI(PCL)2)。具体配比为：P10:tBA0:CuBr0:PMDETA0 = 1:800:1:1，M0 = 300 mg mL-1，反应尽可能在无水无氧的条件下进行。从核磁共振氢谱图 (Figure 4.11) 中可以看到， 1.44 (COOC(CH3)3 of PtBA) 正是tBA的特征化学位移，通过积分计算，得tBA重复单

51、元个数为26个，核磁分子量Mn,NMR = 169000 g mol-1。GPC曲线 (Figure 4.8) 反应出该聚合物的分子量分布指数Ð = 1.63。红外图谱 (Figure 4.9(c) 中出现典型的1722 cm-1 (vC=O of PtBA) 的信号峰。Figure 4.11 1H NMR spectrum of P2最后，加入三氟乙酸对PtBA链段进行水解反应，使其转变为含有亲水性PAA链段的混杂接枝共聚物P3。对核磁共振氢谱图 (Figure 4.12) 进行分析，我们发现 1.44 (COOC(CH3)3 of PtBA) 处的特征化学位移消失，表明PtBA链

52、段已被完全水解，而以及PCL所对应的特征化学位移依旧存在，且积分面积基本相同，这也证明水解过程中PCL没有发生降解。Figure 4.12 1H NMR spectrum of P3第4.6节 聚合物的自组装及刺激响应性用三氟乙酸对聚合物中的PtBA链段进行水解，转变为PAA链段，从而具有pH响应性，而链转移剂S-CPDB中的二硫键具有还原响应性，因此施加不同的刺激，我们可以得到不同的性能及形貌变化。对水解后的聚合物进行水相自组装，透析24 h除去有机溶剂，制备聚集体。透析完毕测得pH为6.22。取6等份分别调成原样、pH 5.3、pH 7.4、DTT、pH 5.3 + DTT、pH 7.4

53、+ DTT，进行DLS和TEM测试，观测聚集体的粒径与形貌。Figure 4.13 DLS plots of P3 aggregates in water (DTT (b), DTT + pH 5.3 (c), pH 5.3 (d), pH 7.4 (e), and DTT + pH 7.4 (f)(f)(e)(d)(c)(b)(a)200 nm200nm)Figure 4.14 TEM images of P3 aggregates in water (DTT (b), DTT + pH 5.3 (c), pH 5.3 (d), pH 7.4 (e), and DTT + pH 7.4 (f

54、)DLS用来测试聚集体的流体力学直径 (Dh)、峰值粒径 (Dpeak) 和粒径分布 (PD)。根据DLS (Figure 4.13) 显示，原样的平均粒径为121 nm，pH 5.3时测得粒径为140 nm，粒径明显增大；而pH 7.4时平均粒径为125 nm，略有增加，但变化不大。加入DTT后粒径突增到252 nm；在pH 5.3条件下加DTT，粒径达145 nm；而pH 7.4条件下加DTT，粒径只有101 nm，明显变小。此数据与TEM图 (Figure 4.14) 显示的结果基本相似。由此分析，聚合物链段的亲疏水比例和化学键的种类及相互作用可能会影响聚合物的粒径和形貌特征。pH 5.3时可能使PAA链段的疏水性增加；DTT的加入，则破坏了主链中的双硫键。因此，该聚合物具有pH及还原双重响应，这一特点为接下来的药物负载和释放行为研究做了铺垫。第4.7节 体外药物释放实验Figure 4.15 In vitro drug release profiles of DOX-loaded P3 aggregates (c = 0.50 mg mL-1) in PBS solution (50 mM) with external stimuli (T = 37 oC, pH 5.3 or 7.4, 10 mM DTT)