基于硝基苯的三重响应聚合物自组装体的制备方法和应用

摘要

本发明基于硝基苯的具有三重响应性的聚合物自组装体的制备方法和应用，具体为：将2-硝基苄基醇和甲基丙烯酰氯通过酰氯化反应得到2-硝基苄基甲基丙烯酸酯。再将可聚合单体甲基丙烯酸二甲胺乙酯和2-硝基苄基甲基丙烯酸酯共聚合成具有光、温度和pH三响应两亲性聚合物。该聚合物在水中能够自发形成具有核壳结构的自组装体。该自组装体在室温下稳定，且具备装载疏水性小分子（如尼罗红）的能力，并且，通过紫外光照射、调节pH和调节温度，胶束的形貌会发生明显变化，从而使得装载在胶束自组装体中的小分子释放出来。本发明的聚合物胶束同时具备了光响应性、温度响应性和pH响应性，在可控制释放领域有着广泛的应用前景。

说明书

技术领域

本发明属于高分子材料技术领域，涉及一种对光、酸和温度响应的多重响应性聚合物自组装体的制备和应用。 

  

背景技术

    自然界中充满了各种各样的对外界刺激产生响应的物质，如海底的海参，植物中的捕蝇草，包括人类的皮肤、蛋白质和核酸。科研工作者们开发了大量的物质来模仿自然界的物质的行为，如具有温度、pH响应的高分子，以期能够很好的调控物质的行为。 

    但是，对于高分子物质行为的精确的调控目前还没有达到理想的效果。同时，具有多重响应性的高分子材料，即结合了光响应、温度响应和pH响应的多响应高分子材料目前还处在待开发状态。 

  

发明内容

    为了解决上述问题，本发明提供了一种具有光响应、酸响应和温度响应的多重响应聚合物自组装体的制备方法及潜在应用。 

    本发明将具有光响应的硝基苯衍生物基团和具有pH和温度响应性的甲基丙烯酸二甲氨基乙酯共聚，得到具有多重响应性的两亲性聚合物，从这种聚合物在水溶液中自组装成胶束状自组装体。 

    本发明的技术方案是：一种基于硝基苯的三重响应性聚合物自组装体的制备方法，其反应机理为如下所示： 

 该方法具体包括以下步骤：

步骤1.制备2-硝基苄基甲基丙烯酸酯:

将2-硝基苄基醇和三乙胺溶解在装有二氯甲烷的100毫升圆底烧瓶里，将圆底烧瓶放在冰水混合浴中,将溶有甲基丙烯酰氯的二氯甲烷溶液逐滴滴加到圆底烧瓶中,整个反应体系用氮气保护，反应时间为6-12小时,反应结束后，将反应混合物倒入分液漏斗中，用氢氧化钠水溶液洗涤若干次,将有机层从分液漏斗中取出，用无水硫酸氢钠干燥12小时以上,得到的粗产物，用硅胶柱色谱法提纯（层析液为一定体积比的的正己烷和乙酸乙酯混合溶液）。得到的产物为淡黄色液体，备用, ,其中，所述2-硝基苄基醇、甲基丙烯酰氯和三乙胺的摩尔比为1：1-4：50；

步骤2.制备聚合物:将5毫升的安瓿瓶真空干燥并充满氮气,将溴化亚铜、甲基丙烯酸二甲胺乙酯和2-硝基苄基甲基丙烯酸酯加入到安瓿瓶，用四氢呋喃溶解，用注射器将1,1,4,7,10,10-六甲基三乙烯四胺加入到体系中，将反应混合物用“冷冻-抽气-溶解”方法处理三次后，在油浴中在温度为68℃，反应18小时，反应结束后，将产物通过装有氧化铝纳米粒子的层析柱中以出去多余的催化剂，将粗产物旋蒸，在正己烷中沉淀，真空40℃烘干，得到两亲性聚合物；其中，甲基丙烯酸二甲胺乙酯和2-硝基苄基甲基丙烯酸酯的摩尔比为1:1-3；

步骤3.自组装化过程:将步骤2得到的两亲性聚合物和四氢呋喃以质量比为1比1混合,待聚合物充分溶解后，将1毫升去离子水以每秒1-3微升的速度缓慢滴加到混合溶液中，以诱导胶束的形成，剧烈搅拌持续4个小时。将8毫升去离子水加入到混合溶液中，并停止搅拌。将溶液放在去离子水中透析至少24小时，得到没有装载客体分子的具有光、温度和pH三重响应性的胶束溶液。

      进一步，从上述步骤2中得到的聚合物是两亲性的，亲水段为甲基丙烯酸二甲胺乙酯，疏水段为硝基苄基甲基丙烯酸酯。 

     一种按照权利要求1所述的方法制备得到的聚合物胶束状自组装体。应用于外界刺激可控释放领域，具体如下： 

将上述步骤得到的基于硝基苯衍生物的两亲性聚合物2毫克溶解到1毫升四氢呋喃中，同时加入0.3毫克尼罗红分子，用磁力搅拌器充分搅拌30分子，使得聚合物和尼罗红完全溶解于四氢呋喃中，形成均匀的溶液，然后以每秒1微升的速率往溶液中缓慢滴加1毫升去离子水，剧烈搅拌3小时，诱导胶束的形成。然后往溶液中加入8毫升去离子水，以固定形成的胶束。把胶束溶液在透析袋中透析至少24小时，以出去溶液中的四氢呋喃和小微粒，即可得到装载客体分子的胶束溶液。

[0009]    本研究所用的高分子材料是一种两亲性聚合物。两亲性聚合物是指同一高分子同时具有两种性质不同的相结构（如水相和油相、两种油相、两种不容的固相等）具有亲和性的相结构。两亲性聚合物在选择性溶剂（对其中一段为良溶剂，而对另一段为不良溶剂）中，可以可组装形成胶束。其中球形的高分子胶束自组装体是最常见的高分子体系，其中溶解性较差的形成胶束的核，而溶解性好的链段则形成胶束的壳。由于溶剂化壳层的存在，两亲性聚合物形成的胶束在一定浓度范围内可以长时间稳定存在。 

[0010]    两亲性聚合物自组装形成的聚合物胶束可以作为药物载体，并且有许多优点，如胶束在体内外都较为稳定，有很好的生物相容性，对于溶解度很小的药物具有增溶作用，并且可以在胶束表面化学修饰得到靶向性给药载体。聚合物胶束的疏水性的内核可以装载疏水性药物并作为药物储藏库，亲水性的外壳可减少胶束与体内吞噬细胞的相互作用，有利于胶束在水中的均匀分散。 

[0011]    刺激响应性聚合物胶束在控制释放领域有着很好的应用前景。其中温度响应性和pH响应性被人们研究得最多，因为很多病灶部位细胞的温度比正常细胞的温度偏高，而且细胞液呈酸性。聚合物胶束在人体内运行到病灶部位时候，会受到温度或者pH的刺激，聚合物形貌发生变化或者直接破裂，从而将装载的药物释放出来。而且，光响应的聚合物胶束目前报道很少，其能够实现任何时间任何地点的可控性释放，从而实现对药物的更精准的释放。 

[0012] 本发明的有益之处在于：本发明所制备的具有光响应、温度响应和pH响应的两亲性高分子，通过一系列工艺制备得到装载疏水性分子。该聚合物胶束在紫外光照射下，聚合物分子发生光降解反应，破坏了胶束的亲疏水平衡，使得胶束破裂，从而将装载的客体分子释放出来。在升高温度的情况下，原来是亲水性的高分子链段转变为疏水性，从而使得胶束收缩，将一部分客体分子挤出胶束。在酸性条件下，由于聚合物分子的质子化作用，使得亲水链段亲水性增强，诱导胶束的膨胀，使得装载的客体分子掉落出来。通过动态光散射、透射电镜、原子力显微镜和紫外分光光度仪等手段证明了上述聚合物胶束在刺激下的行为。本发明在药物控制释放等领域有着广阔的应用前景。 

附图说明

图1 为制备的未装载客体分子的空白胶束的透射电镜照片。 

图2 为空白自组装体受到紫外光照射20分钟之后的透射电镜照片。   

图3 为空白自组装体在pH 3的环境中的透射电镜照片。

图4 为空白自组装体在温度为60℃的环境中的透射电镜照片。 

图5 为制备的装载尼罗红的自组装体，尼罗红紫外吸收强度随紫外光照射时间不同的变化。 

图6 为制备的装载尼罗红的自组装体，尼罗红紫外吸收强度随温度的变化。 

图7 为制备的装载尼罗红的自组装体，尼罗红紫外吸收强度随pH的变化。 

具体实施方式

下面根据具体实施对本发明的技术方案作进一步说明。 

实例1 

     制备2-硝基苄基甲基丙烯酸酯：将2-硝基苄基醇和三乙胺溶解在装有二氯甲烷的100毫升圆底烧瓶里，将圆底烧瓶放在冰水混合浴中。将溶有甲基丙烯酰氯的二氯甲烷溶液逐滴滴加到圆底烧瓶中。2-硝基苄基醇、甲基丙烯酰氯和三乙胺的摩尔比为1比1比50。整个反应体系用氮气保护，反应时间为12小时。反应结束后，将反应混合物倒入分液漏斗中，用氢氧化钠水溶液洗涤两次。将有机层从分液漏斗中取出，用无水硫酸氢钠干燥12小时。得到的粗产物，用硅胶柱色谱法提纯（层析液为体积比为6:1的正己烷和乙酸乙酯混合溶液）。得到的产物为淡黄色液体。

制备聚合物。将5毫升的安瓿瓶真空干燥并充满氮气。往里面加入溴化亚铜、甲基丙烯酸二甲胺乙酯和2-硝基苄基甲基丙烯酸酯加入到安瓿瓶，用四氢呋喃溶解。用注射器将1,1,4,7,10,10-六甲基三乙烯四胺加入到体系中。甲基丙烯酸二甲胺乙酯、2-硝基苄基甲基丙烯酸酯和1,1,4,7,10,10-六甲基三乙烯四胺的摩尔比例为1比1比50。将反应混合物用“冷冻-抽气-溶解”方法处理三次后，在油浴中反应18小时，反应温度为68℃。反应结束后，将产物通过装有氧化铝纳米粒子的层析柱中以出去多余的催化剂。将粗产物旋蒸，在正己烷中沉淀，真空40℃烘干，得到两亲性聚合物固体。 

自组装化过程：将步骤2得到的两亲性聚合物和四氢呋喃以质量比为1比1混合。待聚合物充分溶解后，将1毫升去离子水以每秒1-3微升的速度缓慢滴加到混合溶液中，以诱导胶束的形成，剧烈搅拌持续4个小时。将8毫升去离子水加入到混合溶液中，并停止搅拌。将溶液放在去离子水中透析至少24小时，得到没有装载客体分子的具有光、温度和pH 三重响应性的胶束溶液。 

实施例2 

     制备2-硝基苄基甲基丙烯酸酯：将2-硝基苄基醇和三乙胺溶解在装有二氯甲烷的100毫升圆底烧瓶里，将圆底烧瓶放在冰水混合浴中。将溶有甲基丙烯酰氯的二氯甲烷溶液逐滴滴加到圆底烧瓶中。2-硝基苄基醇、甲基丙烯酰氯和三乙胺的摩尔比为1比3比50。整个反应体系用氮气保护，反应时间为12小时。反应结束后，将反应混合物倒入分液漏斗中，用氢氧化钠水溶液洗涤两次。将有机层从分液漏斗中取出，用无水硫酸氢钠干燥12小时。得到的粗产物，用硅胶柱色谱法提纯（层析液为体积比为6:1的正己烷和乙酸乙酯混合溶液）。得到的产物为淡黄色液体。

制备聚合物。将5毫升的安瓿瓶真空干燥并充满氮气。往里面加入溴化亚铜、甲基丙烯酸二甲胺乙酯和2-硝基苄基甲基丙烯酸酯加入到安瓿瓶，用四氢呋喃溶解。用注射器将1,1,4,7,10,10-六甲基三乙烯四胺加入到体系中。甲基丙烯酸二甲胺乙酯、2-硝基苄基甲基丙烯酸酯和1,1,4,7,10,10-六甲基三乙烯四胺的摩尔比例为2比1比50。将反应混合物用“冷冻-抽气-溶解”方法处理三次后，在油浴中反应18小时，反应温度为68℃。反应结束后，将产物通过装有氧化铝纳米粒子的层析柱中以出去多余的催化剂。将粗产物旋蒸，在正己烷中沉淀，真空40℃烘干，得到两亲性聚合物固体。 

自组装化过程。将基于硝基苯衍生物的两亲性聚合物2毫克溶解到1毫升四氢呋喃中，同时加入0.2毫克尼罗红，用磁力搅拌器充分搅拌3分钟，使得尼罗红和聚合物完全溶于四氢呋喃中形成均匀的溶液。然后将1毫升去离子水以每秒1微升的速率向溶液中滴加到溶液中。滴加完成后，继续搅拌4个小时诱导胶束的形成。最后加入8毫升去离子水，以固定形成的胶束。将胶束溶液在透析袋中至少透析24小时，出去溶液中的尼罗红和四氢呋喃，即可得到装载尼罗红的胶束溶液。