光诱导微量铜催化合成纳米载体材料pH响应共聚物的方法

摘要

本发明公开了一种光诱导微量铜催化合成纳米药物载体材料pH响应共聚物的方法，以光诱导原子转移自由基聚合(ATRP)为机理方法，选用疏水单休、pH响应性单休和引发剂，在微量铜催化体系下常温合成pH响应聚合物的方法。本发明中光诱导ATRP法具有催化剂浓度低、辐射光源温和、不使用额外还原剂，在常温下即可反应，操作方便，聚合物的结构可调和分子量可控的优点。所合成的pH响应聚合物可作为大分子引发剂与某些亲水性单体经聚合后再合成两亲性pH响应聚合物，这种聚合物可作为某些多肽或蛋白类纳米药物的载体材料，有效提高药物生物利用度，实现药物的靶向控制释放。

说明书

技术领域

本发明一种光诱导微量铜催化合成纳米载体材料pH响应共聚物的方法，涉及生物医药 用高分子聚合物材料领域。

背景技术

智能药物传输系统又称为刺激-响应或环境敏感药物传输系统，它是由智能材料构成的具 有自我反馈功能的载药系统。智能药物传输系统最大的特点是在特定的时间和地点，以特定 的剂量释放药物。包载药物的智能载体在正常状态下呈收缩状态，当感受到疾病的某种信息 后，能主动做出响应，体积发生膨胀，使所包载的药物通过扩散释放出来；当机体恢复正常 时，刺激响应载体又恢复到收缩状态，从而实现对药物的智能化控制释放。pH响应型高分 子纳米药物载体作为研究及应用最多的一类，在纳米智能药物输送系统中具有非常重要的作 用。两亲性的pH响应高分子聚合物形成的自组装胶束作为一种良好的纳米级载药体系，可 以根据不同的需求制备成具有特定功能和释放性能的纳米载体，用于难溶性药物的控制释放。 聚合物中的pH敏感嵌段可以响应外界环境pH值来改变聚合物链段的带电量，从而改变聚合 物材料的溶解性。如用于口服蛋白多肽药物传输系统时，在胃液中保持结构稳定、在肠道中 溶胀溶解的聚合物，能够防止药物在胃部释放，促进药物在肠道释放，提高口服生物利用度。

目前，原子转移自由基聚合(ATRP)是一种单体适用范围广、分子设计能力强、分子质 量可控性好的活性自由基聚合方法而被广泛采用。Kim等(JournalofControlledRelease， 2008，132(3)：222-229)采用传统ATRP法制备得到两嵌段的单甲氧基聚乙二醇-聚(丙烯酸叔丁 酯-co-4-(2-乙烯基苄氧基)-二乙基烟酰胺)(mPEG-P(AA-co-VBODENA))，用于制备治疗癌症 的载紫杉醇(PTX)胶束，但该法所用铜催化剂用量大，其催化剂残留物导致共聚物产物纯 化困难，且严格无水无氧的合成条件较为苛刻。

为消除微量氧对反应体系的不利影响，采用添加还原剂的电子转移再生催化剂的原子转 移自由基聚合(ARGETATRP)法，大大降低了催化剂的用量，并且可以在含水和少量空气存 在条件下反应。Yang等(SoftMatter，2012，8，454-464)采用添加还原剂辛酸亚锡，通过ARGET ATRP和开环聚合(ROP)相结合的方法，合成了一种新型的pH响应两亲性三嵌段聚合物分 子刷聚(甲基丙烯酸聚丙交酯酯-co-甲基丙烯酸)-b-聚甲基丙烯酸单甲氧基聚乙二醇酯 (P(PLAMA-co-MAA)-b-PPEGMA)，形成自组装胶束用于布洛芬药物的包载及pH响应释放。 但还存在着还原剂用量难以控制、添加不方便的缺陷，且聚合反应时间较长，需要加热条件 下反应合成。

本发明针对以上现有技术的不足，提供一种在常温和低催化剂浓度环境下的光诱导微量 铜催化合成纳米药物载体材料pH响应共聚物的方法，绿色环保低能耗地对载药聚合物实现 简单可行的可控合成。

发明内容

本发明涉及生物医药用高分子聚合物材料领域，具体涉及一种光诱导微量铜常温催化合 成药物载体材料pH响应共聚物的方法。

本发明的技术方案

1.一种光诱导微量铜催化合成纳米载体材料pH响应共聚物的方法，其特征在于：在氮 气保护和有机溶剂存在下，将卤化铜、配体、疏水性单体、pH响应功能单体加入反应器中， 搅拌混合均匀后形成卤化铜/配体络合物催化剂，再加入引发剂，在LED灯光照下进行反应， 反应温度为20～40℃，反应时间为4～24小时，反应完成后，得蓝色混合液A，再用溶剂稀释 并且脱除产物中催化剂后，减压旋蒸有机溶剂和稀释溶剂后，得无色浆态混合液B，将无色 浆态混合液B稀释后置于甲醇/水混合液中沉淀，再经过滤、洗涤、35～50℃下真空干燥后， 即制得白色粉末状的pH响应共聚物；

所述有机溶剂为甲苯、二氯甲烷、丙酮中的一种或两种以上的混合物；

所述卤化铜为溴化铜(CuBr₂)或氯化铜(CuCl₂)中的任一种；

所述配体为五甲基二亚乙基三胺(PMDETA)、三(2-二甲氨基乙基)胺(Me₆TREN)、三 (2-吡啶甲基)胺(TPMA)中的任一种；

所述疏水性单体为丙烯酸类单体中的甲基丙烯酸甲酯(MMA)或甲基丙烯酸羟乙酯 (HEMA)的任一种；

所述pH响应功能单体为弱酸性的甲基丙烯酸叔丁酯(tBMA)或丙烯酸叔丁酯(tBA)中的任 一种；

所述引发剂为2-溴异丁酸乙酯(EBriB)、2-氯代丙酸甲酯(MCP)或2-溴代丙酸甲酯(M BP)中的任一种；

所述反应器中所加各物质的质量份数如下：

所述LED光的波长为470～385nm，光强为1～10mW/cm²。

2.根据1所述的方法，其特征在于：反应温度为30～40℃，反应时间12～24小时。

3.根据1所述的方法，其特征在于：所述用溶剂稀释并且脱除产物中催化剂的溶剂为四 氢呋喃，所用溶剂与蓝色混合液A的体积比为5～8∶1，用所述溶剂溶解并稀释蓝色混合液A 后，再过中性氧化铝层析柱除去催化剂。

4.根据1所述的方法，其特征在于：所述将无色浆态混合液B稀释后置于甲醇/水混合 液中沉淀，是将无色浆态混合液B与四氢呋喃混合，混合液B与四氢呋喃的体积比为1∶1～2， 将此混合液加入到其体积8～10倍的甲醇与水的混合溶液中沉淀，甲醇与水的体积比为4～5∶1。

5.根据1所述的方法，其特征在于：所述pH响应共聚物的结构式为：

其中R₁为甲基或羟乙基，R₂为甲基或氢，x＝30～45，y＝15～35。

6.据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述pH响应共聚物的数均分子量为 2000～25000g/mol。

本发明的技术特点与效果

(1)本发明方法基于光聚合与原子转移自由基聚合两种聚合方法结合而来，具有催化剂 浓度和反应温度低、辐射光源温和、不使用额外还原剂和光引发剂，也无需无水无氧合成的 苛刻条件。

(2)本发明合成的pH响应聚合物可作为大分子引发剂与某些亲水性单体经聚合后再合 成两亲性pH响应聚合物，这种聚合物自组装形成的胶束还可用于某些多肽或蛋白类药物的 口服输送，有效提高药物生物利用度，实现药物的靶向控制释放。

附图说明

图1为pH响应聚合物的合成反应式。

图2为光反应器装置示意图。

图3为所合成的pH响应聚合物P(MMA-co-tBMA)的傅里叶红外图谱(FT-IR)。

图4为所合成的pH响应聚合物P(MMA-co-tBMA)的核磁共振氢谱图(¹H-NMR)，溶剂 为氘代氯仿(d-CDCl₃)。

图5为不同反应时间下所合成的pH响应聚合物P(MMA-co-tBMA)的GPC洗脱曲线。

图6为不同波长光源辐照下所合成的pH响应聚合物P(MMA-co-tBMA)的GPC洗脱曲线。

图7为不同配体复合物下所合成的pH响应聚合物P(MMA-co-tBMA)的GPC洗脱曲线。

由图3-4表明，采用本发明方法成功合成了pH响应聚合物P(MMA-co-tBMA)；由图5-7 可得最佳聚合条件为：[MMA]∶[tBMA]∶[EBriB]∶[CuBr₂]∶[PMDETA]的摩尔比为30∶35∶1∶0.05∶0.5， 反应温度为35℃，反应时间为24小时，LED光波长为385nm。

具体实施方式

下面通过实施例对本发明具体实施方式予以说明。

实施例1

第一步：合成pH响应聚合物P(MMA-co-tBMA)

用注射器将量取的溶剂甲苯(15mL)、溴化铜(CuBr₂，2.5mg)、配体五甲基二乙基 三胺(PMDETA，0.105mL，0.5mmol)、单体甲基丙烯酸甲酯(MMA，3.180mL，30mmol) 和甲基丙烯酸叔丁酯(tBMA，5.715mL，35.2mmol)依次加入耐低温的茄形反应瓶中，抽 真空，通氮气3次，在氮气保护下，在室温下搅拌混合25min，形成卤化铜/配体络合物(Cu^II-X₂/Ligand)催化剂，再用液氮进行三次冷冻-抽气-升温循环除氧后，继续通入氮气保护，用注 射器逐滴加入引发剂2-溴异丁酸乙酯(EBriB，0.147ml，1mmol)，将反应混合物转移到35 ℃水浴锅里，茄形反应瓶置于光反应器中，打开LED灯光源开关，调整光源波长为465～470nm、 光强度为1.00±0.05mW/cm²，将整个反应装置置于黑暗无光的通风厨中，反应4h。

第二步：反应后处理

将反应4h后的反应混合产物冷却至室温，加入50mL四氢呋喃(THF)稀释，以四氢 呋喃作洗脱剂，过中性氧化铝柱子除去催化剂，得到的反应液经旋蒸仪蒸发四氢呋喃与甲苯 浓缩后，再加入少量四氢呋喃稀释浓缩物，然后再缓慢加入到体积比为4∶1的100ml甲醇/水 混合液中沉淀，经过滤、洗涤后，将沉淀物在45℃下真空干燥24h，得到P(MMA-co-tBMA) 聚合物，经凝胶液相色谱(GPC)分析，其分子量为2934，分子量分布为1.15(重均分子量 与数均分子量之比，即Mw/Mn)。

实施例2

同实施例1，但将反应时间改为12小时，得到P(MMA-co-tBMA)聚合物，其分子量 为5326，分子量分布为1.32。

实施例3

同实施例1，但将反应时间改为24小时，得到P(MMA-co-tBMA)聚合物，其分子量 为6448，分子量分布为1.15。

实施例4

同实施例1，但将反应时间改为24小时、调整光源波长为620～630nm，得到P (MMA-co-tBMA)聚合物，其分子量为1956，分子量分布为1.82。

实施例5

同实施例1，但将反应时间改为24小时、调整光源波长为385nm，得到P(MMA-co-tBMA) 聚合物，其分子量为8123，分子量分布为1.36。

实施例6

同实施例1，但将反应时间改为24小时、调整光源波长为385nm、配体改为Me₆TREN， 得到P(MMA-co-tBMA)聚合物，其分子量为24122，分子量分布为1.81。

实施例7

同实施例1，但将反应时间改为24小时、调整光源波长为385nm、配体改为TPMA， 得到P(MMA-co-tBMA)聚合物，其分子量为13540，分子量分布为1.47。