CN101756887A - 一种金属纳米粒子为交联剂的壳交联聚合物胶束 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种金属纳米粒子为交联剂的壳交联聚合物胶束及其制备方法。金属纳米粒子为交联剂的壳交联聚合物胶束由聚合物胶束和包覆在聚合物胶束壳层的金属纳米粒子组成。其制备方法包括：对两亲性聚合物的末端进行官能化修饰，以形成可与金属纳米粒子反应的功能基团；含反应性功能基团的两亲性聚合物自组装形成聚合物胶束，并使可反应功能基团位于聚合物胶束的壳层表面；加入金属纳米粒子并利用金属纳米粒子与反应性功能基团化学结合，以形成金属纳米粒子交联的聚合物胶束。本发明得到的聚合物胶束具有良好的生物相容性、抗稀释稳定性和生物响应性，在基因和药物传递、生物传感器等领域具有广泛的应用前景。

Description

一种金属纳米粒子为交联剂的壳交联聚合物胶束

技术领域

本发明涉及复合物及制备方法，尤其涉及一种金属纳米粒子为交联剂的壳交联聚合物胶束及制备方法。

背景技术

聚合物胶束用作抗癌药物的载体具有显著的优势[Eur J Pharm Biopharm1999，48，101]。相比于其它增溶药物的手段，基于聚合物胶束方法的优势源于其几个主要特性：聚合物胶束可以在其疏水内核中溶解难溶于水的疏水性药物；其亲水性壳可以避免药物被RES(网状内皮系统)或MPS(单核吞噬细胞系统)吸收，延长其体循环时间；此外，由于肿瘤脉管比正常脉管更松散、选择通透性更低，并且增进的脉管通透性和在肿瘤中缺少淋巴排泄等因素使得聚合胶束在肿瘤中积聚，使得在癌症化学疗法中聚合物胶束具有增强的渗透性和保留(EPR)作用[Int J Pharm.1996，132，195；Journal of Controlled Release 2005，107，502]。然而，聚合物胶束药物载体仍然具有明显的问题，由于形成不稳定的胶束，在48小时内，药物从胶束沉淀到含水灌输液中。因此，聚合胶束在有效用于运送难溶于水的紫衫醇或其它抗癌剂药物的同时，也面临着聚合物胶束材料本身的生物相容性、聚合物胶束在灌输液或体液中的稳定性、聚合物胶束载药体系的可控释放性等问题。因此，寻求新一代基于聚合物胶束的抗癌药物载运系统，实现高生物相容性和生物响应性药物控释等性能的多元有效复合，有效提高抗癌疗效的关键问题。

对聚合物胶束进行交联处理，包括胶束核的交联或者胶束壳的交联，可以保证使用过程中聚合物浓度低于其临界胶束浓度时，依然能够有效负载和稳定化抗癌药物，保证药物的生物利用度。欧洲专利0552802A2研究了一种用交联剂或采用紫外或加热的方式，对聚氧乙烯-聚乳酸嵌段共聚物胶束进行化学交联的方法，美国专利5429826研究了通过聚合物丙烯酸端基进行聚合物胶束交联的方法。尽管这些交联方法可增进聚合物胶束的稳定性，但是所形成的交联聚合物胶束不具有降解性，交联共聚物胶束的生物相容性或安全性还需验证。

解决上述问题的一种极具创意的方法是利用金属纳米粒子与巯基试剂的化学键合的反应特性来对胶束进行交联(Langmuir 2006，22，6380-6384)。金属纳米粒子具有良好的生物相容性，而且金属纳米粒子与巯基形成的化学键在人生理环境下具有良好的稳定性，此外，金属纳米粒子与巯基形成的化学键具有谷胱甘肽响应性，能利用细胞内外还原型谷胱甘肽浓度差的存在，实现药物的生物响应型可控释放。用金属纳米粒子作为交联剂对聚合物胶束进行交联获得壳交联胶束，为解决纳米材料在生物医学应用中所面临的稳定性、溶解性和生物响应性等问题提供了良好的思路。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术的不足，提供一种金属纳米粒子为交联剂的壳交联聚合物胶束。

金属纳米粒子为交联剂的壳交联聚合物胶束是由两亲性嵌段共聚物胶束和包覆在两亲性嵌段共聚物胶束壳层的金属纳米粒子组成，金属纳米粒子与两亲性嵌段共聚物胶束表面的巯基基团通过化学键连接，其中：金属纳米粒子的粒径为1～100纳米，金属纳米粒子与两亲性嵌段共聚物胶束的重量比范围为20～98∶0.1～20。

所述的两亲性嵌段共聚物的结构式为：

R-(CH₂CH₂O)_mCH₂CH₂OCOCH₂CH₂SH

其中m是5-200的整数，R是聚环氧丙烷、聚苯乙烯、聚乳酸、聚丙交酯或胆固醇。

所述的两亲性嵌段共聚物的末端基团功能化获得巯基的方法包括以下步骤：

1)将1重量份3，3′-二硫代二丙酸和10～100重量份氯化亚砜加入到10-10000重量份四氢呋喃溶剂中，加热到20～200℃，反应0.5～100hr，减压除去未反应的氯化亚砜和溶剂，得到3，3′-二硫代二丙酰氯；

2)将1重量份3，3′-二硫代二丙酰氯溶解于2-500重量份的四氢呋喃溶剂中得到溶液A；

3)将1重量份R-(CH₂CH₂O)_mCH₂CH₂OH化合物溶解于2-500重量份的四氢呋喃溶剂中，得到溶液B，其中m是5-200的整数，R是聚环氧丙烷、聚苯乙烯、聚乳酸、聚丙交酯或胆固醇；

4)将1-100重量份溶液A加入到1重量份溶液B中，在20～80℃下反应0.5～100hr，用丙酮沉淀洗涤，真空干燥后溶解于2-500重量份的四氢呋喃溶剂中，得到溶液C；

5)将1重量份还原型谷胱甘肽加入到1-100重量份溶液C中，在20～80℃下反应0.5～100hr，用丙酮沉淀洗涤，真空干燥，得到末端含巯基的两亲嵌段共聚物。

所述金属纳米粒子为金纳米粒子、银纳米粒子、铂纳米粒子或钯纳米粒子。

金属纳米粒子为交联剂的壳交联聚合物胶束的制备方法包括如下步骤：

1)将1重量份末端含巯基的两亲性嵌段共聚物溶解在10～100重量份水中，在0～37度下搅拌0.5～1小时，获得壳层含巯基的两亲性嵌段共聚物；

2)将0.01～0.1重量份金属纳米粒子溶液滴加到1重量份壳层含巯基的聚合物胶束的水溶液中，在0～37度下搅拌0.5～1小时，通过金属纳米粒子表面的金属原子与胶束表面的巯基反应，获得金属纳米粒子为交联剂的壳交联聚合物胶束。

本发明与现技术相比具有的有益效果：

1)金属纳米粒子与巯基形成的化学键在人生理环境下具有良好的稳定性，在载药胶束体系到达癌症病变部位之前，不会发生断裂，能充分保证载药胶束的稳定性要求；

2)金属纳米粒子具有良好的生物相容性，可获得具有良好生物相容性的复合胶束体系；

3)金属纳米粒子与巯基形成的化学键具有谷胱甘肽响应性，能利用细胞内外还原型谷胱甘肽浓度差的存在，实现药物的生物响应型可控释放。

附图说明

图1为金纳米粒子对聚合物胶束交联前(b)后(a)紫外吸收谱图。

图2为金纳米粒子交联的聚合物胶束TEM图

具体实施方式

本发明公开了一种金属纳米粒子为交联剂的壳交联聚合物胶束。该壳交联聚合物胶束的制备方法包括：对两亲性聚合物的末端进行官能化修饰，以形成包含与金属纳米粒子可反应功能基团的两亲性聚合物；含反应性功能基团的两亲性聚合物自组装形成聚合物胶束，并使可反应功能基团位于聚合物胶束的壳层；加入金属纳米粒子并利用金属纳米粒子与反应性功能基团进行结合，从而形成使聚合物胶束外层的可交联官能团交联，以形成金属纳米粒子交联的聚合物胶束。

下面的实施例是对本发明的进一步说明，而不是限制本发明的范围。

实施例1：

(1)两亲性嵌段聚合物R-(CH₂CH₂O)_mCH₂CH₂OCOCH₂CH₂SH末端基巯基修饰：

嵌段聚合物中R为聚环氧丙烷，以此两亲性嵌段聚合物为原料，具体合成步骤如下：

a)将1重量份3，3′-二硫代二丙酸和10重量份氯化亚砜加入到1000重量份四氢呋喃溶剂中，加热到60℃，反应4hr，减压除去未反应的氯化亚砜和溶剂，得到中间产物3，3′-二硫代二丙酰氯；

b)将1重量份中间产物3，3′-二硫代二丙酰氯溶解于50重量份的四氢呋喃溶剂中得到溶液A；

c)将1重量份前驱体聚合物(CH₂CH(CH₃)O)_n-(CH₂CH₂O)_mCH₂CH₂OH溶解于50重量份的四氢呋喃溶剂中，得到溶液B，其中m是5的整数。

d)将20重量份溶液A加入到1重量份溶液B中，在60℃下反应3hr，用丙酮沉淀洗涤，真空干燥后将所得中间产物溶解于100重量份的四氢呋喃溶剂中，得到溶液C。

e)将1重量份还原型谷胱甘肽加入到25重量份溶液C，在40℃下反应3hr，用丙酮沉淀洗涤，真空干燥后得到末端含巯基的两亲嵌段共聚物(I)。核磁和红外证实所获得的产物具有预期的结构。

(2)粒径3.5nm金纳米粒子制备：

200mL柠檬酸钠(14.7mg)水溶液中加入2.06mL 10mg/mL的氯金酸水溶液，剧烈搅拌下向上述溶液中快速加入6mL冰的硼氢化钠(22.8mg)溶液，搅拌反应1h。紫外和透射电镜证实所获得的金纳米粒子结构规整，均匀分散并具有大约3.5nm的粒径。

(3)嵌段聚合物胶束表面金纳米粒子交联：

在氮气保护下，37℃将聚合物制成胶束水溶液，将除氧的金纳米粒子溶逐滴加入上述溶液，搅拌过夜。以5∶1交联比例为例，取聚合物10mg溶于24mL水中，加入16mL 3.5nm金纳米溶液。紫外光谱，荧光光谱和透射电镜证实胶束表面成功被金纳米粒子交联，见图1和图2。

实施例2：

(1)两亲性嵌段聚合物R-(CH₂CH₂O)_mCH₂CH₂OCOCH₂CH₂SH末端基巯基修饰：同实施例1。核磁和红外证实所获得的产物具有预期的结构。

(2)粒径3.5nm银纳米粒子制备：200mL柠檬酸钠(14.7mg)水溶液中加入2.06mL10mg/mL的硝酸银水溶液，剧烈搅拌下向上述溶液中快速加入6mL冰的硼氢化钠(22.8mg)溶液，搅拌反应1h。紫外和透射电镜证实所获得的银纳米粒子结构规整，均匀分散并具有大约3.5nm的粒径。

(3)嵌段聚合物胶束表面银纳米粒子交联：在氮气保护下，37℃将聚合物制成胶束水溶液，将除氧的银纳米粒子溶逐滴加入上述溶液，搅拌过夜。以5∶1交联比例为例，取聚合物10mg溶于24mL水中，加入16mL 3.5nm银纳米溶液。紫外光谱，荧光光谱和透射电镜证实胶束表面成功被银纳米粒子交联。

实施例3：

(1)两亲性嵌段聚合物R-(CH₂CH₂O)_mCH₂CH₂OCOCH₂CH₂SH末端基巯基修饰：同实施例1。核磁和红外证实所获得的产物具有预期的结构。

(2)粒径3.5nm铂纳米粒子制备：200mL柠檬酸钠(14.7mg)水溶液中加入2.06mL10mg/mL的硝酸铂水溶液，剧烈搅拌下向上述溶液中快速加入6mL冰的硼氢化钠(22.8mg)溶液，搅拌反应1h。紫外和透射电镜证实所获得的铂纳米粒子结构规整，均匀分散并具有大约3.5nm的粒径。

(3)嵌段聚合物胶束表面铂纳米粒子交联：在氮气保护下，37℃将聚合物制成胶束水溶液，将除氧的铂纳米粒子溶逐滴加入上述溶液，搅拌过夜。以5∶1交联比例为例，取聚合物10mg溶于24mL水中，加入16mL 3.5nm铂纳米溶液。紫外光谱，荧光光谱和透射电镜证实胶束表面成功被铂纳米粒子交联。

实施例4：

(1)两亲性嵌段聚合物R-(CH₂CH₂O))_mCH₂CH₂OCOCH₂CH₂SH末端基巯基修饰：

嵌段聚合物中R为聚苯乙烯，以此两亲性嵌段聚合物为原料，具体合成步骤如下：

a)将1重量份3，3′-二硫代二丙酸和10重量份氯化亚砜加入到1000重量份四氢呋喃溶剂中，加热到60℃，反应4hr，减压除去未反应的氯化亚砜和溶剂，得到中间产物3，3′-二硫代二丙酰氯；

b)将1重量份中间产物3，3′-二硫代二丙酰氯溶解于50重量份的四氢呋喃溶剂中得到溶液A；

c)将1重量份前驱体聚合物(CH₂CH(C₆H₆))_n-(CH₂CH₂O)_mCH₂CH₂OH溶解于50重量份的四氢呋喃溶剂中，得到溶液B，其中m是5的整数。

d)将20重量份溶液A加入到1重量份溶液B中，在60℃下反应3hr，用丙酮沉淀洗涤，真空干燥后将所得中间产物溶解于100重量份的四氢呋喃溶剂中，得到溶液C。

e)将1重量份还原型谷胱甘肽加入到25重量份溶液C，在40℃下反应3hr，用丙酮沉淀洗涤，真空干燥后得到末端含巯基的两亲嵌段共聚物(I)。核磁和红外证实所获得的产物具有预期的结构。

(2)粒径3.5nm金纳米粒子制备：同实施例1。紫外和透射电镜证实所获得的金纳米粒子结构规整，均匀分散并具有大约3.5nm的粒径。

(3)嵌段聚合物胶束表面金纳米粒子交联：同实施例1。紫外光谱，荧光光谱和透射电镜证实胶束表面成功被金纳米粒子交联。

实施例5：

(1)两亲性嵌段聚合R-(CH₂CH₂O)_mCH₂CH₂OCOCH₂CH₂SH末端基巯基修饰：

嵌段聚合物中R为聚乳酸，以此两亲性嵌段聚合物为原料，具体合成步骤如下：

a)将1重量份3，3′-二硫代二丙酸和10重量份氯化亚砜加入到1000重量份四氢呋喃溶剂中，加热到60℃，反应4hr，减压除去未反应的氯化亚砜和溶剂，得到中间产物3，3′-二硫代二丙酰氯；

b)将1重量份中间产物3，3′-二硫代二丙酰氯溶解于50重量份的四氢呋喃溶剂中得到溶液A；

c)将1重量份前驱体聚合物(OCH(CH₃)CO)_n-(CH₂CH₂O)_mCH₂CH₂OH溶解于50重量份的四氢呋喃溶剂中，得到溶液B，其中m是5的整数。

d)将20重量份溶液A加入到1重量份溶液B中，在60℃下反应3hr，用丙酮沉淀洗涤，真空干燥后将所得中间产物溶解于100重量份的四氢呋喃溶剂中，得到溶液C。

e)将1重量份还原型谷胱甘肽加入到25重量份溶液C，在40℃下反应3hr，用丙酮沉淀洗涤，真空干燥后得到末端含巯基的两亲嵌段共聚物(I)。核磁和红外证实所获得的产物具有预期的结构。

(2)粒径3.5nm金纳米粒子制备：同实施例1。紫外和透射电镜证实所获得的金纳米粒子结构规整，均匀分散并具有大约3.5nm的粒径。

(3)嵌段聚合物胶束表面金纳米粒子交联：同实施例1。紫外光谱，荧光光谱和透射电镜证实胶束表面成功被金纳米粒子交联。

Claims (5)

1.一种金属纳米粒子为交联剂的壳交联聚合物胶束，其特征在于由两亲性嵌段共聚物胶束和包覆在两亲性嵌段共聚物胶束壳层的金属纳米粒子组成，金属纳米粒子与两亲性嵌段共聚物胶束表面的巯基基团通过化学键连接，其中：金属纳米粒子的粒径为1～100纳米，金属纳米粒子与两亲性嵌段共聚物胶束的重量比范围为20～98∶0.1～20。

2.根据权利要求1所述的一种金属纳米粒子为交联剂的壳交联聚合物胶束，其特征在于所述的两亲性嵌段共聚物的结构式为：

R-(CH₂CH₂O)_mCH₂CH₂OCOCH₂CH₂SH

其中m是5-200的整数，R是聚环氧丙烷、聚苯乙烯、聚乳酸、聚丙交酯或胆固醇。

3.根据权利要求1所述的一种金属纳米粒子为交联剂的壳交联聚合物胶束，其特征在于所述的两亲性嵌段共聚物的末端基团功能化获得巯基的方法包括以下步骤：

1)将1重量份3，3′-二硫代二丙酸和10～100重量份氯化亚砜加入到10-10000重量份四氢呋喃溶剂中，加热到20～200℃，反应0.5～100hr，减压除去未反应的氯化亚砜和溶剂，得到3，3′-二硫代二丙酰氯；

2)将1重量份3，3′-二硫代二丙酰氯溶解于2-500重量份的四氢呋喃溶剂中得到溶液A；

3)将1重量份R-(CH₂CH₂O)_mCH₂CH₂OH化合物溶解于2-500重量份的四氢呋喃溶剂中，得到溶液B，其中m是5-200的整数，R是聚环氧丙烷、聚苯乙烯、聚乳酸、聚丙交酯或胆固醇；

4)将1-100重量份溶液A加入到1重量份溶液B中，在20～80℃下反应0.5～100hr，用丙酮沉淀洗涤，真空干燥后溶解于2-500重量份的四氢呋喃溶剂中，得到溶液C；

5)将1重量份还原型谷胱甘肽加入到1-100重量份溶液C中，在20～80℃下反应0.5～100hr，用丙酮沉淀洗涤，真空干燥，得到末端含巯基的两亲嵌段共聚物。

4.根据权利要求1所述一种金属纳米粒子为交联剂的壳交联聚合物胶束，其特征在于所述金属纳米粒子为金纳米粒子、银纳米粒子、铂纳米粒子或钯纳米粒子。

5.一种根据权利要求1所述的金属纳米粒子为交联剂的壳交联聚合物胶束的制备方法，其特征在于包括如下步骤：

1)将1重量份末端含巯基的两亲性嵌段共聚物溶解在10～100重量份水中，在0～37度下搅拌0.5～1小时，获得壳层含巯基的两亲性嵌段共聚物；

2)将0.01～0.1重量份金属纳米粒子溶液滴加到1重量份壳层含巯基的聚合物胶束的水溶液中，在0～37度下搅拌0.5～1小时，通过金属纳米粒子表面的金属原子与胶束表面的巯基反应，获得金属纳米粒子为交联剂的壳交联聚合物胶束。

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