一种化学发光响应水溶性聚合物纳米粒子及其合成方法

摘要

本发明是一种化学发光响应水溶性聚合物纳米粒子及其合成方法，该纳米粒子由两条聚合物单链在水溶液中通过主客体作用而成，疏水的化学发光物质双草酸酯(CPPO)和荧光药物喜树碱包裹在共聚物内部，当加入双氧水时，发生化学发光反应，受体荧光分子发出荧光能够激发聚合物链上的偶氮结构由反式变为顺式，纳米粒子结构解离。这种新型聚合物可以作为药物运输的载体，包裹多种疏水性药物，由于该共聚物具有良好的水溶性和生物相容性，可用于细胞和活体药物运输的载体，而且化学发光作为偶氮光学异构化的激发光源能够有效的减少组织对光的吸收，具有更好的组织渗透深度，达到更好的治疗效果。

说明书

技术领域

本发明属于生物功能化材料技术领域，具体涉及一种具有化学发光下聚合物 中部分化学结构发生光学异构变化，最终结构解离的水溶性聚合物纳米粒子的合 成方法。

背景技术

药物控制释放就是将药物和载体结合在一起，通过自由扩散或靶向结合作 用，将药物运输到病灶部位后，通过酶、pH、温度或光等刺激方法将药物释放出 来，达到治疗效果。其中基于偶氮苯化合物的纳米粒子用于药物的光可控释放在 生物的诊断和治疗中已有广泛的研究，但传统的紫外光光控释放系统对正常细胞 有一定的伤害作用，即使近来研究比较多的近红外光(如双光子等)也存在光渗 透组织深度的局限。本发明采用化学发光来激发偶氮光学异构化，由于它不需要 外部光源的照射，因此会具有更好的组织渗透深度，此外，化学发光中的受体荧 光物质既可以充当激发光又可以作为药物，可用于多种药物的运输。因此基于化 学发光响应的聚合物纳米药物运输载体蕴含着巨大的临床医学应用潜力。

发明内容

技术问题：本发明的目的是提供一种化学发光响应水溶性聚合物纳米粒子及 其合成方法，用一种高效的方法合成系列含有偶氮苯和β-环糊精的水溶性聚合 物分子，开发具有在水溶液中能发生主客体组装，形成稳定可负载药物的聚合物 胶束，并且具有较高生物相容的新型可控制药物释放运输载体。

技术方案：本发明的一种化学发光响应水溶性聚合物纳米粒子具有如下分 子结构式：

其中，x，y为聚合度，x为3-20；y为7-200。

该合成的方法如下：

合成的具体步骤具体如下：

1)、化合物1的合成：

将苯酚和碳酸钾按1:1的量溶于水中，置于冰浴下搅拌得苯酚钠溶液；称取 对溴苯胺溶于水中，加入浓盐酸，冰浴下慢慢加入的亚硝酸钠水溶液，反应后将 其慢慢加入到上述苯酚钠溶液中，用碳酸钠调PH到8-9，由沉淀产生，抽滤，得 粗产品，然后用石油醚、乙酸乙酯的混合洗脱液通过硅胶柱提纯得黄色的固体， 即化合物1；

2)、化合物2的合成

将化合物1溶于N,N-二甲基甲酰胺中，加入碳酸钾，溴乙烷和少量的碘化钾， 回流搅拌3-8h；反应完毕，水洗得到粗产品，然后用石油醚、乙酸乙酯的混合洗 脱液通过硅胶柱提纯得黄色的固体，即化合物2；

3)、化合物3的合成

将化合物2、碘化亚铜、双三苯基磷二氯化钯依次加入带有回流冷凝管和磁 子的反应器中，反应体系在氮气保护下依次注入三乙胺，四氢呋喃以及三甲基硅 乙炔，加热至45～90℃反应8～24小时；反应完毕，减压蒸馏除去溶剂得到粗产品， 用乙酸乙酯和水萃取2-3次，取有机相，减压蒸馏除去溶剂，然后用石油醚、乙 酸乙酯的混合洗脱液通过硅胶柱提纯得黄色的固体，即化合物3；

4)、化合物4的合成

将化合物3溶于四氢呋喃中，加入碳酸钾，甲醇，常温下搅拌3-9h，反应后 通过减压蒸馏除去溶剂得粗产物，然后用石油醚、乙酸乙酯的混合洗脱液通过硅 胶柱提纯得黄色的固体，即化合物4；

5)、化合物5的合成

将化合物4、碘化亚铜、双三苯基磷二氯化钯依次加入带有回流冷凝管和磁 子的反应器中，反应体系在氮气保护下用依次注入三乙胺，四氢呋喃以及4'-(6- 羟基己氧烷)-4-碘苯，加热至45～90℃反应8小时；反应完毕，减压蒸馏除去溶 剂得到粗产品，用乙酸乙酯和水萃取2-3次，取有机相，减压蒸馏除去溶剂，然 后用石油醚、乙酸乙酯的混合洗脱液通过硅胶柱提纯得黄色的固体，即化合物5； 6)、化合物6的合成

在N₂条件下化合物5溶于干燥的N,N-二甲基甲酰胺中，加入微量的氢化锂， 25℃下搅拌12h；称取分子量为80000的聚合物P₁溶于无水的N,N-二甲基甲酰 胺中，然后逐滴加入到上述溶液中，25℃下搅拌12h，反应完毕后，减压蒸馏蒸 掉溶剂，余下的固体溶于去离子水中，在MWCO3500的透析袋中透析2-3天， 冷冻干燥得淡黄色产物，即化合物6；

7)、化合物7的合成

在N₂条件下干燥的β-环糊精溶于干燥的N,N-二甲基甲酰胺中，加入微量的 氢化锂，25℃下搅拌12h；称取分子量为6000的聚合物P₂溶于无水的N,N-二甲 基甲酰胺中，然后逐滴加入到上述溶液中，25℃下搅拌12h，反应完毕后，减压 蒸馏蒸掉溶剂，余下的固体溶于去离子水中，在MWCO3500的透析袋中透析 2-3天，冷冻干燥得白色产物，即化合物7；

8)、化合物8的合成

称取化合物6，化合物7溶于去离子水中，在超声条件下加入1ml双草酸酯 和喜树碱的四氢呋喃混合液，继续超声2min后，在40℃下用减压蒸馏除去四氢 呋喃，剩余溶液用0.22um微孔滤膜过滤，得到分散在水溶液中的内部包裹双草 酸酯和喜树碱的纳米粒子，冷冻干燥，得到淡黄色粉末状的水溶性的聚合物，即 化学发光响应水溶性聚合物纳米粒子。

所述的化学发光响应聚合物纳米粒子在药物缓释中的应用，具体方法如下：

1)所选材料为化合物8，将化合物8溶于水溶液，透射电子显微镜TEM表 征证明这类材料在水溶液中可以自组装成60nm左右的颗粒。

2)往化合物8的水溶液中加入微量的H₂O₂，化合物8在水溶液中的粒子 形状将会解离，包裹的药物会释放。

有益效果：本发明通过一种高效的方法合成一种在化学发光响应的可降解 水溶性聚合物药物缓释载体，在原有的文献方法上对其进行合成条件进行改善， 从而提高我们目标产物的合成产率，此外我们将化学发光物质和受体荧光药物包 覆在聚合物的内部，通过化学发光能量转移实现了药物的可控释放，解决了光的 组织渗透深度问题，从而使得喜树碱能被运输到细胞内并被释放。本发明中所涵 盖的材料具有优良的生物相容性、化学稳定性、热稳定性，而且可实现多种药物 的运输。在水溶液中有60nm的球状组装体出现。如果，再加之一些功能化修饰 使其具有特异性识别能力，那么在生物医学领域必将会有深远的应用。

附图说明

图1为化合物6的核磁(DMSO)示意图。

图2为化合物7的核磁(DMSO)示意图。

具体实施方式

本发明所述一种响应可降解共轭聚合物材料结构如下：

其中，x，y为聚合度，x为3-20；y为7-200。

本发明的新型化学发光响应水溶性共聚物制备方法如下

1)、化合物1的合成：

将苯酚和碳酸钾按1:1的量溶于一定量水中，置于冰浴下搅拌得苯酚钠溶液； 称取一定量的对溴苯胺溶于水中，加入少量浓盐酸，冰浴下慢慢加入一定比例的 亚硝酸钠水溶液，反应后将其慢慢加入到上述苯酚钠溶液中，用碳酸钠调PH到 8，由沉淀产生，抽滤，得粗产品，然后用石油醚、乙酸乙酯的混合洗脱液通过 硅胶柱提纯得黄色的固体。

2)、化合物2的合成

将化合物1溶于一定量的N,N-二甲基甲酰胺中，加入一定比例的碳酸钾， 溴乙烷和少量的碘化钾，回流搅拌3-8h；反应完毕，水洗得到粗产品，然后用石 油醚、乙酸乙酯的混合洗脱液通过硅胶柱提纯得黄色的固体。

3)、化合物3的合成

将化合物2、碘化亚铜、双三苯基磷二氯化钯依次加入带有回流冷凝管和磁 子的两口圆底烧瓶中，反应体系在氮气保护下用注射器依次注入三乙胺，四氢呋 喃以及三甲基硅乙炔，加热至45～90℃反应8～24小时；反应完毕，减压蒸馏除 去溶剂得到粗产品，用乙酸乙酯和水萃取2-3次，取有机相，减压蒸馏除去溶剂， 然后用石油醚、乙酸乙酯的混合洗脱液通过硅胶柱提纯得黄色的固体。

4)、化合物4的合成

将化合物3溶于四氢呋喃中，加入一定比例的碳酸钾，一定量的甲醇，常温 下搅拌3-9h，反应后通过减压蒸馏除去溶剂得粗产物，然后用石油醚、乙酸乙酯 的混合洗脱液通过硅胶柱提纯得黄色的固体。

5)、化合物5的合成

将化合物4、碘化亚铜、双三苯基磷二氯化钯依次加入带有回流冷凝管和磁 子的两口圆底烧瓶中，反应体系在氮气保护下用注射器依次注入三乙胺，四氢呋 喃以及4'-(6-羟基己氧烷)-4-碘苯，加热至45～90℃反应8小时；反应完毕，减压 蒸馏除去溶剂得到粗产品，用乙酸乙酯和水萃取2-3次，取有机相，减压蒸馏除 去溶剂，然后用石油醚、乙酸乙酯的混合洗脱液通过硅胶柱提纯得黄色的固体。

6)、化合物6的合成

在N₂条件下一定量的化合物5溶于干燥的N,N-二甲基甲酰胺中，加入微量 的氢化锂，25℃下搅拌12h；称取一定比例的分子量为80000的聚合物P₁(poly(methylvinylether-alt-MAnh))溶于无水的N,N-二甲基甲酰胺中，然后逐 滴加入到上述溶液中，25℃下搅拌12h，反应完毕后，减压蒸馏蒸掉溶剂，余下 的固体溶于去离子水中，在MWCO3500的透析袋中透析2-3天，冷冻干燥得淡 黄色产物。

7)、化合物7的合成

在N₂条件下一定量的干燥的β-环糊精溶于干燥的N,N-二甲基甲酰胺中，加 入微量的氢化锂，25℃下搅拌12h；称取一定比例的分子量为6000的聚合物P₂(poly(isobutylenealt-MAnh))溶于无水的N,N-二甲基甲酰胺中，然后逐滴加入 到上述溶液中，25℃下搅拌12h，反应完毕后，减压蒸馏蒸掉溶剂，余下的固体 溶于去离子水中，在MWCO3500的透析袋中透析2-3天，冷冻干燥得白色产物。

8)、化合物8的合成

称取一定比例的化合物6，化合物7溶于去离子水中，在超声条件下加入1ml 双草酸酯和喜树碱的四氢呋喃混合液，继续超声2min后，在40℃下用减压蒸馏 除去四氢呋喃，剩余溶液用0.22um微孔滤膜过滤，得到分散在水溶液中的内部 包裹双草酸酯和喜树碱的纳米粒子，冷冻干燥，得到淡黄色粉末状的水溶性的共 聚物。

为了更好地理解本发明，下面通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术 方案：

1)、化合物1的合成：

称取苯酚(1.13g，12mmol)，碳酸钾(1.65g，12mmol)置于在250ml烧杯 中加入65ml水，在冰浴下搅拌得苯酚钠溶液；将对溴苯胺(2.06g，12mmol) 置于另一个250ml烧杯中，加入300ml水，3.7ml浓盐酸，冰浴下慢慢加入亚硝 酸钠(0.828g，12mmol)水溶液，反应15min后将其慢慢加入到上述苯酚钠溶 液中，用碳酸钠调PH到8，由沉淀产生，抽滤，得粗产品，然后用石油醚：乙 酸乙酯＝20：1的混合洗脱液通过硅胶柱提纯得黄色的固体产物3.2g。1H-NMR (500MHz,CDCl₃,d,ppm):2.66(s,3H,CH₃),7.02(d,2H,Ar–H),7.58(d,1H,Ar–H), 7.73–7.77(m,4H,Ar–H)。

2)、化合物2的合成

称取化合物1(0.98g，3.4mmol)置于带有回流冷凝管的50ml两口瓶中， 加入10ml的N,N-二甲基甲酰胺中，碳酸钾(0.47g，3.4mmol)，溴乙烷(0.37g， 3.4mmol)和少量的碘化钾，120℃下回流搅拌3h；反应完毕，水洗得到粗产品， 然后用石油醚：乙酸乙酯＝20:1的混合洗脱液通过硅胶柱提纯得黄色的固体粉末 1g。1H-NMR(500MHz,CDCl₃,d,ppm):1.45(t,3H,CH₃),2.67(s,3H,CH₃),4.12(q, 2H,CH₂),6.95–7.07(dd,2H,Ar–H),7.37(d,1H,Ar–H),7.42–7.58(dd,2H, Ar–H),7.83–7.97(dd,2H,Ar-H)。

3)、化合物3的合成

将化合物2(1.2g，3.8mmol)、碘化亚铜(0.139g，0.49mmol)、三苯基膦(0.185 g，0.95mmol)、双三苯基磷二氯化钯(0.135g，0.29mmol)依次加入带有回流冷 凝管和磁子的两口圆底烧瓶中，反应体系在氮气保护下用注射器依次注入三乙胺 20ml，四氢呋喃20ml以及三甲基硅乙炔(0.97g，10mmol)，加热至60℃反应 12小时；反应完毕，减压蒸馏除去溶剂得到粗产品，用乙酸乙酯和水萃取2-3 次，取有机相，减压蒸馏除去溶剂，然后用石油醚：乙酸乙酯＝2:1的混合洗脱液 通过硅胶柱提纯得黄色的固体粉末1g。.1HNMR(CDCl3,δ,ppm):0.25(s,9H), 1.44(t,J＝7.2Hz,3H),2.64(s,3H),4.13(q,J＝6.9Hz,2H),6.98(d,J＝8.7Hz,2H), 7.32-7.59(m,3H),7.88(d,J＝8.7Hz,2H)。

4)、化合物4的合成

将化合物3(0.53g，1.6mmol)溶于10ml四氢呋喃中，加入碳酸钾(0.1g， 0.7mmol)，90ml甲醇，常温下搅拌3h，反应后通过减压蒸馏除去溶剂得粗产物， 然后用石油醚：乙酸乙酯＝1:1的混合洗脱液通过硅胶柱提纯得黄色的固体0.39g。 1HNMR(CDCl3,δ,ppm):1.45(t,J＝7.2Hz,3H),2.64(s,3H),3.19(s,1H),4.14 (q,J＝6.9Hz,2H),6.98(d,J＝8.7Hz,2H),7.32-7.57(m,3H),7.89(d,J＝8.7Hz,2H)。

5)、化合物5的合成

将化合物5(1.0g，3.8mmol)、碘化亚铜(0.139g，0.49mmol)、三苯基膦(0.185 g，0.95mmol)、双三苯基磷二氯化钯(0.135g，0.29mmol)依次加入带有回流冷 凝管和磁子的两口圆底烧瓶中，反应体系在氮气保护下用注射器依次注入三乙胺 20ml，四氢呋喃20ml以及4'-(6-羟基己氧烷)-4-碘苯(1.12g，3.5mmol)，加热至 60℃反应8小时；反应完毕，减压蒸馏除去溶剂得到粗产品，用乙酸乙酯和水萃 取2-3次，取有机相，减压蒸馏除去溶剂，然后用石油醚:乙酸乙酯＝1:1的混合 洗脱液通过硅胶柱提纯得黄色的固体1.6g。1HNMR(CDCl3,δ,ppm):1.43-1.85 (m,8H),1.93(s,3H),2.66(s,3H),4.02-4.18(m,4H),5.54(s,1H),6.09(s,1H),6.85 (d,J＝8.8Hz,2H),6.98(d,J＝8.7Hz,2H),7.35-7.46(m,3H),7.59(d,J＝8.4Hz,2H), 7.89(d,J＝8.7Hz,2H)。

6)、化合物6的合成

称取化合物5(35.6mg，0.078mmol)置于带有回流冷凝管和磁子的50ml 的两口圆底烧瓶中，在N2条件加入干燥的N,N-二甲基甲酰胺10ml，加入2mg 氢化锂，25℃下搅拌12h；称取分子量为80000的P₁(312mg，0.0039mmol)溶 于10ml无水的N,N-二甲基甲酰胺中，然后逐滴加入到上述溶液中，25℃下搅拌 12h，反应完毕后，减压蒸馏蒸掉溶剂，余下的固体溶于去离子水中，在MWCO 3500的透析袋中透析2-3天，冷冻干燥得淡黄色产物330mg。

7)、化合物7的合成

称取干燥的β-环糊精(1g，0.88mmol)置于带有回流冷凝管和磁子的50ml 的两口圆底烧瓶中，在N2条件加入干燥的N,N-二甲基甲酰胺10ml，加入7mg 氢化锂，25℃下搅拌12h；称取分子量为6000的P₂(90mg，0.015mmol)溶于 10ml无水的N,N-二甲基甲酰胺中，然后逐滴加入到上述溶液中，25℃下搅拌12h， 反应完毕后，减压蒸馏蒸掉溶剂，余下的固体溶于去离子水中，在MWCO3500 的透析袋中透析2-3天，冷冻干燥得白色产物450mg。

8)、化合物8的合成

称取56mg化合物6，64mg化合物7溶于去离子水中，在超声条件下加入 1ml双草酸酯和喜树碱的四氢呋喃混合液，继续超声2min后，在40℃下用减压 蒸馏除去四氢呋喃，剩余溶液用0.22um微孔滤膜过滤，得到分散在水溶液中的 内部包裹双草酸酯和喜树碱的纳米粒子，冷冻干燥，得到淡黄色粉末状的水溶性 的共聚物90mg。

应用研究

1.方法：本发明通过一种高效的方法合成一种在化学发光响应的可降解水溶 性聚合物药物缓释载体，在原有的文献方法上对其进行合成条件进行改善，从而 提高我们目标产物的合成产率，此外我们将化学发光物质和受体荧光药物包覆在 聚合物的内部，通过化学发光能量转移实现了药物的可控释放，解决了光的组织 渗透深度问题，从而使得喜树碱能被运输到细胞内并被释放。本发明中所涵盖的 材料具有优良的生物相容性、化学稳定性、热稳定性，而且可实现多种药物的运 输。在水溶液中有60nm左右的球状组装体出现。如果，再加之一些功能化修饰 使其具有特异性识别能力，那么在生物医学领域必将会有深远的应用。

2.实验步骤：称取我们的化学发光可降解水溶性聚合物化合物8溶于水溶液， 透射电子显微镜TEM表征证明这类材料在水溶液中可以通过主客体自组装成60 nm左右的颗粒；往化合物8的水溶液中加入微量的H₂O₂，化合物8在水溶液中 的粒子形状将会解离，包裹的药物会释放。