CN101343421A - pH调控释放的动态聚合物封装体系的制备方法 - Google Patents

Abstract

一种化工领域的pH调控释放的动态聚合物封装体系的制备方法。本发明采用动态化学键将疏水性聚合物与亲水性的聚合物链接形成嵌段动态共聚物，通过在共溶剂中把动态共聚物与疏水性染料或药物分子溶解，在缓慢加入沉淀剂的情况下，形成封装了染料或药物分子的聚合物组装体的溶液。本发明的方法可以在pH值的调控下实现染料或药物分子的可控释放，在药物传送和染料释放方面具有广阔的应用前景。

Description

pH调控释放的动态聚合物封装体系的制备方法

技术领域

本发明涉及一种化工技术领域的制备方法，具体地，涉及一种pH调控释放的动态聚合物封装体系的制备方法。

背景技术

动态聚合物是指用动态化学键链接的聚合物。动态化学键是近几年提出来的一类化学键，其键能介于共价键和非共价键之间。与共价键相比，这类化学键具有在温和条件下可逆生成/断开的特性；与非共价键相比，这类化学键更为稳定。酰腙键(-CO-NH-N＝CH-)、亚胺键(-N＝CH-)、酯键(-CO-O-)、双硫键(-S-S-)等都属于动态化学键的范围。当前基于可逆共价键的研究进展迅速，如法国诺贝尔奖获得者Lehn等基于酰腙键制备了共价型动态聚合物，并初步探讨了酰腙聚合物的组份交换行为(Lehn J.-M.，Prog.Polym.Sci.，2005，30，814；SkeneW.G.，Lehn J.-M.，PNAS，2004，101，8270；Giuseppone N.，Lehn J.-M.，J.Am.Chem.Soc.，2004，126，11448)；Moore等利用可逆烯烃复分解反应合成了高分子量的动态共轭聚合物(Zhao D.，Moore J.S.，J.Am.Chem.Soc.，2002，124，9996)；Wudl等利用可逆共价键的动态特性制备了力学性能良好的可以多次自修复的聚合物材料(Chen X.，Wudl F.，Science，2002，295，1698)。

基于嵌段共聚物的自组装与功能化也是当前新材料开发的一个热点。嵌段共聚物组成结构多样，其组装形貌可以通过改变沉淀剂的加入量、嵌段共聚物的亲水/疏水比例等条件加以控制。Eisenberg等人在两嵌段共聚物自组装领域做出了非凡的贡献(Zhang L.，Eisenberg A.，Science，1995，268，5218；Zhang L.，Yu K.，Eisenberg A.，Science，1996，272，5269；Discher D.E.，EisenbergA.，Science，2002，297，5583)。近年来，染料和药物分子的封装与释放成为大分子自组装功能化的一个重要发展领域。自组装体系本身所特有的微纳米空腔结构，有利于染料和药物分子的封装(Li Y.Q.，You H.B.，Pharm.Res.，2003，23，1；Qin S.H，Geng Y.，Discher D.E.，Yang S.，Adv.Mater.，2006，18，2905)。同时，相对于表面活性剂类的小分子自组装体，聚合物自组装体组装形貌多样，结构更加稳定，更有利于染料和药物分子的封装。

经对现有技术文献的检索发现，在嵌段共聚物自组装体系中，聚环氧丙烷-聚环氧乙烷体系、聚环氧乙烷-聚环氧丙烷-聚环氧乙烷体系、聚(N-异丙基丙烯酰胺)-聚苯乙烯体系、聚环氧乙烷-疏水性聚合物体系、聚丙烯酸-疏水性聚合物体系被广泛用来封装染料和药物分子(Allen C.，Maysinger D.，Eisenberg A.，Colloid Surf.B-Biointerfaces，1999，16，3)。其中，聚环氧丙烷-聚环氧乙烷体系、聚环氧乙烷-聚环氧丙烷-聚环氧乙烷体系由于本身已经商业化，这类体系在药物输送领域的研究更加广泛。然而，虽然上述自组装体系能够在溶液pH值、盐等因素的调控下，发生组装形貌的改变(江明，A.艾森伯格，刘国军，张希等，大分子自组装，2006，科学出版社)，但是由于其聚合物分子链都是强共价作用链接，在水溶液体系中，这类封装体系相对稳定，不容易解离，无法将封装的有机小分子有效地释放出来；另一方面，在遇到相容溶剂的情况下，被封装小分子的释放又变得异常迅速，达不到可控释放的目的。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种pH调控释放的动态聚合物封装体系的制备方法。本发明涉及的聚合物封装体系的制备方法是由动态聚合物与染料或药物分子在共溶剂中溶解，通过加入沉淀剂的方法得到的自组装体系。通过调节溶液的pH值，可以逐步破坏动态聚合物的可逆动态共价键，从而逐步破坏整个聚合物自组装体系，让染料或药物分子得到有效的可控释放。

本发明是通过以下技术方案实现的，包括如下步骤：

第一步、疏水性聚合物的合成及其末端官能化：

末端为醛基的疏水性聚合物的合成：将末端为溴基团的聚苯乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯类疏水性聚合物，溶解在丙酮或者四氢呋喃溶剂中，加入1.5当量的无水碳酸钾做催化剂，再加入1.5当量的对羟基苯甲醛，搅拌，在40到80℃回流的情况下反应24小时，过滤，浓缩溶液，用水和甲醇混合溶液沉淀2次，常温真空干燥，就可以得到末端为醛基的疏水性聚合物；

末端为胺基的疏水性聚合物的合成：末端为溴基团的聚苯乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯类疏水性聚合物，溶解在二甲基甲酰胺溶液中，加入邻苯二甲酰亚胺钾，在40到80℃的水浴中反应24小时后过滤，投入水和甲醇混合溶液中沉淀；所得沉淀物溶解在二甲基甲酰胺溶液中，逐滴加入过量的水合肼，常温反应24小时，浓缩溶液，投入水和甲醇混合溶液中沉淀3次，常温真空干燥，就可以得到末端为胺基的疏水性聚合物；

末端为酰肼的疏水性聚合物的合成：末端为羟基的聚乳酸、聚环氧丙烷类疏水性聚合物，溶解在四氢呋喃溶液中，加入叔丁醇和叔丁醇钾溶液做催化剂，逐滴加入溴乙酸乙酯，冰浴中反应24小时，过滤，浓缩溶液，用水和甲醇混合溶液做沉淀剂沉淀；所得沉淀物溶解在四氢呋喃溶液中，逐滴加入水合肼，常温反应24小时后，浓缩溶液，常温真空干燥，就可以得到末端为酰肼的疏水性聚合物；

末端为巯基的疏水性聚合物的合成：末端为羟基的单甲基聚环氧丙烷，溶解在吡啶溶液中，在0℃下搅拌12小时，加入等当量的硫代碳酸钠和二硫化碳，加热到65℃下反应5小时；然后加入等当量的稀硫酸，浓缩溶液后，用无水乙醚沉淀3次，常温真空干燥，就可以得到末端为巯基的疏水性聚合物；

第二步、亲水性聚合物合成及末端官能化：

末端为巯基的亲水性聚合物的合成：末端为羟基的单甲基聚环氧乙烷，溶解在吡啶溶液中，在0℃下搅拌12小时，加入等当量的硫代碳酸钠和二硫化碳，加热到65℃下反应5小时；然后加入等当量的稀硫酸，浓缩溶液后，用无水乙醚沉淀3次，常温真空干燥，就可以得到末端为巯基的亲水性聚合物；

末端为酰肼的亲水性聚合物的合成：末端为羟基的单甲基聚环氧乙烷，溶解在四氢呋喃溶液中，加入叔丁醇和叔丁醇钾溶液做催化剂，逐滴加入溴乙酸乙酯，冰浴中反应24小时，过滤，浓缩溶液，用水和甲醇混合溶液做沉淀剂沉淀；所得沉淀物溶解在四氢呋喃溶液中，逐滴加入水合肼，常温反应24小时后，浓缩溶液，常温真空干燥，就可以得到末端为酰肼的亲水性聚合物；

末端为胺基的亲水性聚合物的合成：末端为溴基团的聚丙烯酸，通过原子转移自由基法合成，溶解在二甲基甲酰胺溶液中，加入邻苯二甲酰亚胺钾，在40到80℃的水浴中反应24小时后过滤，投入水和甲醇混合溶液中沉淀；所得沉淀物溶解在二甲基甲酰胺溶液中，逐滴加入过量的水合肼，常温反应24小时，浓缩溶液，投入水和甲醇混合溶液中沉淀，常温真空干燥，就可以得到末端为胺基的亲水性聚合物；

第三步：染料或药物分子的封装：将动态聚合物体系与疏水性的染料或药物分子溶解在共溶剂中，以15滴/秒的速度加入沉淀剂，同时以800转/分的速度搅拌将染料或药物封装在聚合物组装体中，然后将组装体溶液放置于透析膜中，通过透析处理来稳定组装体，除掉有机溶剂；

第四步：在封装了染料或药物分子的组装体溶液中添加酸溶液将组装体溶液的pH值调节至酸性，即将pH值调至1到6之间，实现染料分子或者药物分子的可控释放。

所述第三步中的动态聚合物的浓度小于10毫克/毫升。

所述第三步中的疏水性染料或者药物分子的浓度小于10毫克/毫升，加入体积为动态聚合物溶液体积的10％到50％。

所述第三步中的共溶剂是指：四氢呋喃、二甲基甲酰胺或者二氧六环。

所述第三步中的疏水性染料是指：卟啉类、芘类或者尼罗蓝类染料。

所述第三步中的药物分子是指：阿霉素或者紫杉醇。

所述第三步中的沉淀剂是指：能溶解亲水段聚合物，但不能溶解疏水段聚合物的溶剂，如水或者甲醇。

所述第三步中的沉淀剂的加入体积为动态聚合物溶液体积的40％。

所述第三步中的透析处理的步骤为：将组装体溶液放置于透析膜中，用大量的沉淀剂进行透析处理，透析4天，每天换一次水。

所述第四步中的酸溶液是指：三氟乙酸溶液、全氟十六酸溶液、盐酸溶液或者硫酸溶液。

本发明利用可逆动态共价键制备动态共聚物封装体系，通过改变溶液的pH值或者温度，动态化学键会发生逐步的水解。由于动态化学键的作用力较强，相对于非共价作用力来说，这种水解速度相对稳定，不像非共价键那样分解迅速不具备可控性。因此，不同于传统的嵌段共聚物封装体系，动态聚合物封装体系具备在酸性或者高温下可控释放的特性，在药物传送和染料释放方面具有广阔的应用前景。此外，动态聚合物所具备的在酸性刺激下水解的特性，可以作为主动靶向材料，有效的在癌变组织附近或内涵体内进行可控释放，在制备癌症药物和基因药物的输送体系方面大有作为。

附图说明

图1封装疏水性有机小分子的组装体溶液的紫外可见光谱。

图2封装疏水性有机小分子的组装体溶液在透射电镜下的照片。

图3封装疏水性有机小分子的组装体溶液在pH值为3时，在紫外可见分光光度计下测试的可控释放的图谱。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的实施例作详细说明：本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。

实施例1

第一步：在50毫升烧瓶中加入7克苯乙烯单体，1.25克苄溴，0.5克溴化亚铜和2克联吡啶，鼓泡法通氮气30分种，密封，放入110℃油浴中，反应3小时。加入少量四氢呋喃溶解，投到大量甲醇中沉淀2次，50℃真空烘箱干燥1天，即得到分子量2000的聚苯乙烯。

第二步：在上述得到的3克聚苯乙烯的丙酮溶液中，加入2克无水碳酸钾，1克对羟基苯甲醛，60℃回流1天。通过过滤，浓缩溶液，大量甲醇沉淀3次，50℃真空干燥，就可以得到末端为醛基的聚苯乙烯。

第三步：将20毫克上述聚苯乙烯与10毫克末端为酰肼的单甲基聚乙二醇(分子量为1000)溶解在15毫升二甲基甲酰胺中，在80℃水浴中搅拌，加热10小时。冷却到室温后，加入5毫升浓度为0.5克每升的卟啉的二甲基甲酰胺溶液，搅拌2小时。然后在搅拌的情况下缓慢加入水(15滴每秒)。加入5毫升水后，停止加水，继续搅拌3小时，得到封装卟啉的聚合物组装体的水溶液(含一定量的二甲基甲酰胺)。

第四步：将上述溶液置于透析膜内，用大量的去离子水透析，每隔1天换一次水，四天后停止透析，即可得到稳定的封装卟啉的聚合物组装体的水溶液。

第五步：取5毫升上述溶液，加入三氟乙酸调pH至3，在紫外可见分光光度计上测试卟啉的释放行为，9小时后完全释放。封装了卟啉的组装体的紫外吸收曲线如图1所示，在430纳米处的紫外吸收峰表明卟啉已经成功被封装在动态聚合物自组装体内。封装了卟啉的组装体的透射照片图2所示，透射照片证实动态聚合物自组装体的空腔里面封装了卟啉。图3为封装疏水性有机小分子的组装体溶液在pH值为3时，在紫外可见分光光度计下测试的可控释放的图谱。由图3中可以看出，在450纳米处随时间不断变小的紫外吸收，说明卟啉在酸性调节下可以实现可控释放。

实施例2

第一步：在50毫升烧瓶中加入7克苯乙烯单体，1.25克苄溴，0.5克溴化亚铜和2克联吡啶，鼓泡法通氮气30分种，密封，放入110℃油浴中，反应3小时。加入少量四氢呋喃溶解，投到大量甲醇中沉淀2次，50℃真空烘箱干燥1天，即得到分子量2000的聚苯乙烯。

第二步：在上述得到的3克聚苯乙烯的丙酮溶液中，加入2克无水碳酸钾，1克对羟基苯甲醛，60℃回流1天。通过过滤，浓缩溶液，大量甲醇沉淀，50℃真空干燥，就可以得到末端为醛基的聚苯乙烯。

第三步：将20毫克上述聚苯乙烯与5毫克末端为酰肼键的单甲基聚乙二醇(分子量为550)溶解在12.5毫升二甲基甲酰胺中，在80℃水浴中搅拌，加热10小时。冷却到室温后，加入4毫升浓度为0.5克每升的卟啉的二甲基甲酰胺溶液，搅拌2小时。然后在搅拌的情况下缓慢加入水(15滴每秒)，加入4毫升水后，停止加水，继续搅拌3小时，得到封装卟啉的聚合物组装体的水溶液(含一定量的二甲基甲酰胺)。

第四步：将上述溶液置于透析膜内，用大量的去离子水透析，每隔1天换一次水，四天后停止透析，即可得到稳定的封装卟啉的聚合物组装体的水溶液。

第五步：取5毫升上述溶液，加入三氟乙酸调pH至3，在紫外可见分光光度计上测试卟啉的释放行为，15小时后完全释放。

实施例3

第一步：在50毫升烧瓶中加入7克苯乙烯单体，0.5克苄溴，0.5克溴化亚铜和2克联吡啶，鼓泡法通氮气30分种，密封，放入110℃油浴中，反应3小时。加入少量四氢呋喃溶解，投到大量甲醇中沉淀2次，50℃真空烘箱干燥1天，即得到分子量3000的聚苯乙烯。

第二步：在上述得到的3克聚苯乙烯的丙酮溶液中，加入2克无水碳酸钾，0.8克对羟基苯甲醛，60℃回流1天。通过过滤，浓缩溶液，大量甲醇沉淀，50℃真空干燥，就可以得到末端为醛基的聚苯乙烯。

第三步：将15毫克上述聚苯乙烯与10毫克末端为酰肼键的单甲基聚乙二醇(分子量2000)溶解在12.5毫升二甲基甲酰胺中，在80℃水浴中搅拌，加热10小时。冷却到室温后，加入4毫升浓度为0.5克每升的卟啉的二甲基甲酰胺溶液，搅拌2小时。然后在搅拌的情况下缓慢加入水(15滴每秒)，加入4毫升水后，停止加水，继续搅拌3小时，得到封装卟啉的聚合物组装体的水溶液(含一定量的二甲基甲酰胺)。

第四步：将上述溶液置于透析膜内，用大量的去离子水透析，每隔1天换一次水，四天后停止透析，即可得到稳定的封装卟啉的聚合物组装体的水溶液。

第五步：取5毫升上述溶液，加入盐酸调pH至3，在紫外可见分光光度计上测试卟啉的释放，9小时后完全释放。

Claims (10)

1、一种pH调控释放的动态聚合物封装体系的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

第一步、疏水性聚合物的合成及其末端官能化：

末端为醛基的疏水性聚合物的合成：将末端为溴基团的聚苯乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯类疏水性聚合物，溶解在丙酮或者四氢呋喃溶剂中，加入1.5当量的无水碳酸钾做催化剂，再加入1.5当量的对羟基苯甲醛，搅拌，在40到80℃回流的情况下反应24小时，过滤，浓缩溶液，用水和甲醇混合溶液沉淀2次，常温真空干燥，就可以得到末端为醛基的疏水性聚合物；

末端为胺基的疏水性聚合物的合成：末端为溴基团的聚苯乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯类疏水性聚合物，溶解在二甲基甲酰胺溶液中，加入邻苯二甲酰亚胺钾，在40到80℃的水浴中反应24小时后过滤，投入水和甲醇混合溶液中沉淀；所得沉淀物溶解在二甲基甲酰胺溶液中，逐滴加入过量的水合肼，常温反应24小时，浓缩溶液，投入水和甲醇混合溶液中沉淀3次，常温真空干燥，就可以得到末端为胺基的疏水性聚合物；

末端为酰肼的疏水性聚合物的合成：末端为羟基的聚乳酸、聚环氧丙烷类疏水性聚合物，溶解在四氢呋喃溶液中，加入叔丁醇和叔丁醇钾溶液做催化剂，逐滴加入溴乙酸乙酯，冰浴中反应24小时，过滤，浓缩溶液，用水和甲醇混合溶液做沉淀剂沉淀；所得沉淀物溶解在四氢呋喃溶液中，逐滴加入水合肼，常温反应24小时后，浓缩溶液，常温真空干燥，就可以得到末端为酰肼的疏水性聚合物；

末端为巯基的疏水性聚合物的合成：末端为羟基的单甲基聚环氧丙烷，溶解在吡啶溶液中，在0℃下搅拌12小时，加入等当量的硫代碳酸钠和二硫化碳，加热到65℃下反应5小时；然后加入等当量的稀硫酸，浓缩溶液后，用无水乙醚沉淀3次，常温真空干燥，就可以得到末端为巯基的疏水性聚合物；

第二步、亲水性聚合物合成及末端官能化：

末端为巯基的亲水性聚合物的合成：末端为羟基的单甲基聚环氧乙烷，溶解在吡啶溶液中，在0℃下搅拌12小时，加入等当量的硫代碳酸钠和二硫化碳，加热到65℃下反应5小时；然后加入等当量的稀硫酸，浓缩溶液后，用无水乙醚沉淀3次，常温真空干燥，就可以得到末端为巯基的亲水性聚合物；

末端为酰肼的亲水性聚合物的合成：末端为羟基的单甲基聚环氧乙烷，溶解在四氢呋喃溶液中，加入叔丁醇和叔丁醇钾溶液做催化剂，逐滴加入溴乙酸乙酯，冰浴中反应24小时，过滤，浓缩溶液，用水和甲醇混合溶液做沉淀剂沉淀；所得沉淀物溶解在四氢呋喃溶液中，逐滴加入水合肼，常温反应24小时后，浓缩溶液，常温真空干燥，就可以得到末端为酰肼的亲水性聚合物；

末端为胺基的亲水性聚合物的合成：末端为溴基团的聚丙烯酸，通过原子转移自由基法合成，溶解在二甲基甲酰胺溶液中，加入邻苯二甲酰亚胺钾，在40到80℃的水浴中反应24小时后过滤，投入水和甲醇混合溶液中沉淀；所得沉淀物溶解在二甲基甲酰胺溶液中，逐滴加入过量的水合肼，常温反应24小时，浓缩溶液，投入水和甲醇混合溶液中沉淀，常温真空干燥，就可以得到末端为胺基的亲水性聚合物；

第三步：染料或药物分子的封装：将动态聚合物体系与疏水性的染料或药物分子溶解在共溶剂中，以15滴/秒的速度加入沉淀剂，同时以800转/分的速度搅拌将染料或药物封装在聚合物组装体中，然后将组装体溶液放置于透析膜中，通过透析处理来稳定组装体，除掉有机溶剂；

第四步：在封装了染料或药物分子的组装体溶液中添加酸溶液将组装体溶液的pH值调节至酸性，即将pH值调至1到6之间，实现染料分子或者药物分子的可控释放。

2、根据权利要求1所述的pH调控释放的动态聚合物封装体系的制备方法，其特征是，第三步中的动态聚合物的浓度小于10毫克/毫升。

3、根据权利要求1所述的pH调控释放的动态聚合物封装体系的制备方法，其特征是，第三步中的疏水性染料或者药物分子的浓度小于10毫克/毫升，加入体积为动态聚合物溶液体积的10％到50％。

4、根据权利要求1所述的pH调控释放的动态聚合物封装体系的制备方法，其特征是，第三步中的共溶剂是指：四氢呋喃、二甲基甲酰胺或者二氧六环。

5、根据权利要求1所述的pH调控释放的动态聚合物封装体系的制备方法，其特征是，第三步中的疏水性染料是指：卟啉类、芘类或者尼罗蓝类染料。

6、根据权利要求1所述的pH调控释放的动态聚合物封装体系的制备方法，其特征是，第三步中的药物分子是指：阿霉素或者紫杉醇。

7、根据权利要求1所述的pH调控释放的动态聚合物封装体系的制备方法，其特征是，第三步中的沉淀剂是指：水或者甲醇。

8、根据权利要求1所述的pH调控释放的动态聚合物封装体系的制备方法，其特征是，第三步中的沉淀剂的加入体积为动态聚合物溶液体积的40％。

9、根据权利要求1所述的pH调控释放的动态聚合物封装体系的制备方法，其特征是，第三步中的透析处理的步骤为：将组装体溶液放置于透析膜中，用大量的沉淀剂进行透析处理，透析4天，每天换一次水。

10、根据权利要求1所述的pH调控释放的动态聚合物封装体系的制备方法，其特征是，第四步中的酸溶液是指：三氟乙酸溶液、全氟十六酸溶液、盐酸溶液或者硫酸溶液。

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