光/温度敏感型两亲性嵌段聚合物胶束的制备及应用方法

摘要

本发明是基于硝基苯酯和异丙基酰胺的具有光/温度双响应的嵌段聚合物自组装体的制备方法和应用，具体为：通过两次可逆-加成链转移聚合反应制备两亲性嵌段共聚物，即聚(氮-异丙基丙烯酰胺)-嵌段-聚(2-硝基苄基甲基丙烯酸酯)(PNIPAM-b-PNBM)。该聚合物在水中可以自组装成胶束，其中具有温度响应的聚(氮-异丙基丙烯酰胺)嵌段做胶束的壳，光响应的聚(2-硝基苄基甲基丙烯酸酯)嵌段做胶束的核，胶束内部可以装载疏水的尼罗红分子。在外界刺激下，如光/温度改变，会使胶束的形貌发生变化，破坏胶束的亲疏水平衡，使其中装载的客体分子尼罗红释放。本发明不仅具有光响应性，而且具有温度响应性，在药物控释领域有广阔的应用前景。

说明书

技术领域

本发明属于高分子材料领域，具体涉及一种基于硝基苯酯和异丙基 酰胺的光/温度两亲性嵌段聚合物的合成以及应用。

背景技术

近年来，由于刺激响应性嵌段聚合物胶束在催化、纳米技术、智 能膜和药物传输领域的应用，引起了科研工作者的广泛关注。其中， 光响应聚合物，由于其具有清洁、可远程控制(精确调节其波长和强 度)等优势成为国内外研究的热点之一。基于自然界中许多大分子生 物过程如蛋白质、核酸和多糖等都是复杂的，设计一个包含光响应基 团的多重响应性聚合物是十分必要的。

目前，对于精确调控高分子物质行为的研究还未达到理想的效果。 同时，具有光/温度双响应性的高分子材料还鲜有报道，因此，这类 同时具有多重响应性、结构明确的聚合物材料得到了本领域研究人员 的关注。

发明内容

为了解决上述问题，本发明的目的在于提供具有对光、温度响应 的双重敏感的聚合物胶束的制备方法及应用。

本发明首先用两步可逆-加成链转移的方法，首先制备出大分子链 转移剂聚(氮-异丙基丙烯酰胺)，然后与具有光响应的硝基苯衍生物 2-硝基苄基甲基丙烯酸酯单体聚合，得到具有光/温度双响应的两亲性 嵌段聚合物，该聚合物在水溶液中自组装成胶束。

本发明的技术方案是：一种基于硝基苯酯和异丙基酰胺的光/温度 敏感型两亲性嵌段聚合物胶束的制备方法，其中聚合物合成路线如图 8：

该方法具体包括以下步骤：

步骤1.制备大分子链转移剂聚(氮-异丙基丙烯酰胺)：分别取 一定量的氮-异丙基丙烯酰胺、三硫代碳酸酯和偶氮二异丁腈按摩尔 比80:1:0.2～160:1:0.2的比例混合，溶解在装有氮，氮-二甲基甲酰胺/ 水混合溶液(体积比为95:5～90:10)的叔伦克烧瓶中，搅拌30～40分 钟至完全溶解，通氮气30～60分钟除去氧气，经过“冷冻-抽气-解冻” 五到八次循环后置于65～75℃油浴锅中反应4～8小时，用液氮淬灭并 敞口放置以终止此聚合反应。将反应后的溶液用截留分子量为 1000～2500的透析袋在去离子水中透析36～48小时，以除去未反应的 氮-异丙基丙烯酰胺和溶剂氮，氮-二甲基甲酰胺，将透析液冷冻干燥 得到粗产物，然后用冷乙醚沉淀三次，在温度为45～50℃，真空干燥 36～48小时，得到最终的产物大分子链转移剂聚(氮-异丙基丙烯酰 胺)；

步骤2.制备嵌段聚合物，即聚(氮-异丙基丙烯酰胺)-嵌段- 聚(甲基丙烯酸二甲氨基乙酯)：将2-硝基苄基甲基丙烯酸酯、步骤 1制备得到的大分子链转移剂聚(氮-异丙基丙烯酰胺)和偶氮二异丁 腈按摩尔比80:1:0.2～160:1:0.2的比例混合，溶解在氮，氮-二甲基甲 酰胺/水的混合溶液(体积比为95:5～90:10)中，置于叔伦克烧瓶中。 通30～60分钟氮气除去氧气，五到八次“冷冻-抽气-解冻”后在温度 为65～75℃油浴中反应6～12小时，用与步骤1相同的方法终止此聚 合反应。将反应后的溶液用截留分子量为10000～25000的透析袋在去 离子水中透析48～72小时，透析液冷冻干燥得到粗产物。在正己烷中 沉淀三次，在45～50℃下真空干燥24～36小时，得到纯净的产物，产 物为两亲性嵌段，即聚合物聚(氮-异丙基丙烯酰胺)-嵌段-聚(甲基 丙烯酸二甲氨基乙酯)(PNIPAM-b-PNBM)；

步骤3.自组装化过程：将步骤2制备得到的两亲性嵌段聚合物 与四氢呋喃以质量比为1:1混合剧烈搅拌4～6小时，使其完全溶解后， 加入去离子水，四氢呋喃与去离子水质量比为1:1，诱导胶束形成， 再温和的搅拌4小时后，将9毫升去离子水一次性快速的加到混合溶 液，最后将该溶液放置于室温下三天，使四氢呋喃完全挥发，得到具 有温度和光响应的胶束溶液。

进一步地，所述步骤1、2中的“冷冻-抽气-解冻”方法中，冷冻 温度为-10～-20℃冷冻至冻结为准，所述抽气时间为10～30分钟。

进一步地，从上述步骤2中得到的聚合物胶束是具有核壳结构； 其壳层为具有亲水性的聚(氮-异丙基丙烯酰胺)，核层为具有疏水性 的聚(2-硝基苄基甲基丙烯酸酯)。

进一步地，所述方法制备得到的胶束具有协同效应，能够在不同 的外场刺激条件结合下调节客体分子的动力学释放过程。

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。应用于外界协同刺激可控释放领域，具体如下：

将5毫克上述步骤得到的两亲性嵌段聚合物和0.5毫克尼罗红完 全溶解于1毫升四氢呋喃中，在剧烈搅拌的情况下，将1毫升去离子 水以每秒1微升的速度滴加到上述溶液中，诱导胶束形成，及在形成 的过程中装载尼罗红。然后温和搅拌4小时，将9毫升去离子水一次 性快速的加到混合溶液中，使胶束定型。将所得溶液静置一周左右， 使四氢呋喃挥发，未包载的尼罗红沉降，上层清液即为装载客体分子 尼罗红的胶束溶液。

本研究所用的高分子材料是一种两亲性嵌段聚合物。两亲性聚合 物是指在同一高分子中同时具有两种性质不同的相结构(如水相和油 相、两种油相、两种不相容的固相等)的亲和性聚合物。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， 可以自组装形成胶束。其中球形的高分子胶束是最常见的高分子体 系，其中溶解性较差链段的形成胶束的核，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。

两亲性聚合物自组装成的胶束可以作为药物载体，并且具有很多 优点。如在体内外都较稳定，有很好的生物相容性，对溶解度很小的 药物具有增溶作用，另外在表面特定修饰过的胶束能作为靶向性给药 载体。胶束的疏水内核可以作为药物的储藏库，亲水外壳可以减少胶 束与体内吞噬细胞的作用，有利于胶束在水中的分散性。

刺激响应性聚合物纳米凝胶在控制释放领域有着很好的应用前 景。因为病灶部位细胞的温度比正常细胞的温度偏高，所以温度响应 性聚合物胶束到达病灶部分时，胶束形貌发生变化，使药物得以释放。 光响应聚合物胶束可以实现定点定时控制药物释放，实现更精准的药 物释放。

本发明的有益效果是：本发明中所用的聚合物为光/温度敏感性两 亲性聚合物高分子，通过一系列工艺制备的胶束可以装载疏水性药物 分子尼罗红，该胶束在光照下，由于发生光降解反应，胶束的亲疏水 平衡遭到破坏，胶束破裂，其中装载的课题分子得到释放。当温度升 高到聚合物的临界相转变温度时，原本亲水的高分子链段变得疏水， 从而使胶束收缩，一部分客体分子被挤出来。通过透射电镜和紫外分 光光度仪等仪器证明了上述聚合物在外界刺激下的行为。本发明在药 物控释领域有着广阔的应用前景。

附图说明

图1为制得的嵌段聚合物的氢谱核磁图谱。

图2为制得的聚(氮-异丙基丙烯酰胺)、嵌段共聚物和经紫外光 照射2小时后的嵌段共聚物的临界相转变温度图。

图3为制得的聚合物胶束的透射电镜照片。

图4为聚合物胶束在温度为37℃时的透射电镜照片。

图5为聚合物胶束在紫外光照射2小时的透射电镜照片。

图6为装载在聚合物胶束内的尼罗红随紫外光照射时间变化的释 放图。

图7为装载在聚合物胶束内的尼罗红随保温时间的变化的释放 图，以及在紫外光和温度协同刺激下尼罗红的释放图。

图8为聚合物胶束合成路线图。

具体实施方式

下面根据具体实施对本发明的技术方案做进一步说明。

实施例1

制备大分子链转移剂聚(氮-异丙基丙烯酰胺)：将氮-异丙基丙烯 酰胺、偶氮二异丁腈和三硫代碳酸酯溶解在装有氮，氮-二甲基甲酰 胺/水(体积比为90:10)的混合溶液的叔伦克烧瓶中，搅拌30分钟 至完全溶解，通氮气30分钟除去氧气，经过“冷冻-抽气-解冻”六次 循环后置于70℃油浴锅中反应4小时，用液氮淬灭并敞口放置以终 止此聚合反应。将反应后的溶液用截留分子量为1000的透析袋在去 离子水中透析48小时，以除去未反应的氮-异丙基丙烯酰胺和溶剂氮， 氮-二甲基甲酰胺，将透析液冷冻干燥得到粗产物，然后用冷乙醚沉 淀三次，真空45℃干燥48小时，得到淡黄色最终产物，即大分子链 转移剂聚(氮-异丙基丙烯酰胺)。其中，偶氮二异丁腈为引发剂，三 硫代碳酸酯为链转移剂。而氮-异丙基丙烯酰胺、三硫代碳酸酯和偶 氮二异丁腈的摩尔比为80:1:0.2；

制备嵌段聚合物聚(氮-异丙基丙烯酰胺)-嵌段-聚(甲基丙烯酸 二甲氨基乙酯)：将2-硝基苄基甲基丙烯酸酯、偶氮二异丁腈和上述 制备的大分子链转移剂聚(氮-异丙基丙烯酰胺)溶解在氮，氮-二甲 基甲酰胺/水的混合溶液中，置于叔伦克烧瓶中，通30分子氮气除去 氧气，六次“冷冻-抽气-解冻”后在温度为70℃油浴中反应6小时， 用与上述相同的方法终止此聚合反应。将反应后的溶液用截留分子量 为10000的透析袋在去离子水中透析48小时，透析液冷冻干燥得到 粗产物。在正己烷中沉淀三次，在50℃下真空干燥48小时，得到最 终产物，即两亲性嵌段聚合物聚(氮-异丙基丙烯酰胺)-嵌段-聚(甲 基丙烯酸二甲氨基乙酯)(PNIPAM-b-PNBM)。其中，2-硝基苄基甲 基丙烯酸酯、聚(氮-异丙基丙烯酰胺)和偶氮二异丁腈的摩尔比为 80:1:0.2，而所得嵌段聚合物的分子量为18350g/mol，亲水段分子个 数与疏水段个数为2:1。

自组装化过程：将上述步骤制得的两亲性嵌段聚合物与四氢呋喃 以质量比为1:1混合，剧烈搅拌5小时，使其完全溶解。将1毫升去 离子水以2微升每秒的速度滴加到该四氢呋喃溶液中，诱导胶束形 成。继续温和搅拌5小时后，将9毫升去离子水一次性快速加到混合 溶液中。最后将其在室温下静置一周，使四氢呋喃挥发，得到具有光 和温度双重响应的胶束溶液。

实施例2

制备大分子链转移剂：将氮-异丙基丙烯酰胺，偶氮二异丁腈和 三硫代碳酸酯溶解在装有氮，氮-二甲基甲酰胺/水的混合溶液(体积 比为95:5)的叔伦克烧瓶中，搅拌40分钟至完全溶解，通氮气60分 钟除去氧气，经过“冷冻-抽气-解冻”六次循环后置于70℃油浴锅中 反应8小时，用液氮淬灭并敞口放置以终止此聚合反应。将反应后的 溶液用截留分子量为2500的透析袋在去离子水中透析48小时，以除 去未反应的氮-异丙基丙烯酰胺和溶剂氮，氮-二甲基甲酰胺，将透析 液冷冻干燥得到粗产物，然后用冷乙醚沉淀三次，真空50℃干燥48 小时，得到淡黄色最终的产物聚(氮-异丙基丙烯酰胺)。其中，偶氮 二异丁腈为引发剂，三硫代碳酸酯为链转移剂。而氮-异丙基丙烯酰 胺、三硫代碳酸酯和偶氮二异丁腈的摩尔比为80:1:0.2；

制备嵌段聚合物：将上述制备的大分子链转移剂聚(氮-异丙基丙 烯酰胺)、2-硝基苄基甲基丙烯酸酯和偶氮二异丁腈溶解在氮，氮-二 甲基甲酰胺/水的混合溶液中，置于叔伦克烧瓶中，通60分钟氮气除 去氧气，五次“冷冻-抽气-解冻”后在温度为70℃油浴中反应12小 时，用与上述步骤相同的方法终止此聚合反应。将反应后的溶液用截 留分子量为25000的透析袋在去离子水中透析48小时，透析液冷冻 干燥得到粗产物。在正己烷中沉淀三次，在50℃下真空干燥48小时， 得到最终产物，即两亲性嵌段聚合物聚(氮-异丙基丙烯酰胺)-嵌段 -聚(甲基丙烯酸二甲氨基乙酯)(PNIPAM-b-PNBM)。其中，2-硝基 苄基甲基丙烯酸酯、聚(氮-异丙基丙烯酰胺)和偶氮二异丁腈的摩 尔比为160:1:0.2，所得嵌段聚合物的分子量为32780g/mol，亲水段 分子个数与疏水段分子个数比为3:1。

自组装化过程：将上述步骤得到的两亲性嵌段聚合物和尼罗红(质 量比为10:1)完全溶解于1毫升四氢呋喃中，在剧烈搅拌的情况下， 将1毫升去离子水以每秒2微升的速度滴加到上述溶液中，诱导胶束 形成，及在形成的过程中装载尼罗红。然后温和搅拌4小时，将9毫 升去离子水一次性快速的加到混合溶液中，使胶束定型。将所得溶液 静置一周左右，使四氢呋喃挥发，未包载的尼罗红沉降，上层清液即 为装载客体分子尼罗红的胶束溶液。