CN107641181A - 一种具有光和pH双重响应性的两嵌段共聚物及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种具有光和pH双重响应性的两嵌段共聚物及其制备方法。本发明利用聚乙二醇单甲醚依次与丁二酸酐、2‑硝基‑1,3苄二醇、2‑溴异丁酰溴反应制备含有邻硝基苄酯基团的ATRP大分子引发剂，然后引发烷基叔胺基丙烯酸酯类单体聚合得到聚乙二醇‑邻硝基苄酯‑聚烷基叔胺基丙烯酸酯两嵌段共聚物。邻硝基苄酯基团位于共聚物两嵌段之间，能吸收紫外光而断裂；而烷基叔胺基团具有pH响应性，因此嵌段共聚物同时具有光和pH响应性。该两嵌段共聚物在中性条件下可以组装成胶束，胶束在弱酸条件下会发生解离。该两嵌段共聚物在药物控释、基因转染领域中具有潜在的应用。

Description

一种具有光和pH双重响应性的两嵌段共聚物及其制备方法

技术领域

本发明涉及了一种具有光和pH双重响应性的两嵌段共聚物及其制备方法，属于有机高分子领域。

背景技术

将药物靶向输送到肿瘤部位，实现药物靶向及可控释放以减少药物对正常组织的伤害，是目前治疗肿瘤所面临的重要问题。由于肿瘤组织所存在的EPR效应，采用纳米粒子负载药物可以实现药物的靶向运输。大分子自组装是指双亲性共聚物在亲疏水作用的诱导下自发规则组装体的过程，是构造纳米粒子的清洁途径。这种纳米粒子具有疏水的核，可以负载疏水的药物。而且聚合物结构本身具有很大的设计性，在聚合物主链上引入刺激响应性基元，从而构建刺激响应性聚合物纳米粒子。这种载体能够响应外部刺激或人体内部微环境的变化而实现药物的可控释放，是实现药物负载的理想载体(Chemical SocietyReviews,2016,45(5): 1457-1501)。

在聚合物疏水基元上引入可质子化的胺基基团可以构建pH敏感的纳米粒子，这中纳米粒子不仅能响应生物体内pH值的变化而使纳米粒子解离，还可以增强细胞对纳米粒子的摄取能力，提高基因转染效率，促进细胞质子海绵效应等优点(Journal of ControlledRelease, 2013,172(3):962-974)。但是由于纳米粒子本身核正电的原因，易被生理环境中荷负电的蛋白所粘附。因此需要在载体表面引入电中性的聚乙二醇壳以提高载体的生物抗污性，延长载体在体内的循环时间，但这种方法也会较低细胞对载体的摄取(Journal ofMaterials Chemistry B, 2015,3(8):1507-1517)。故此，针对以上问题，本发明提供了一种光和pH双重响应的嵌段聚合物的制备方法。该嵌段共聚物由电中性的聚乙二醇和含有叔胺基团的聚丙烯酸酯类嵌段构成，嵌段共聚物两嵌段通过具有光响应断裂的邻硝基苄酯键连接。这种共聚物能在中性条件下能自组装形成胶束。胶束在紫外光照射下会脱去表面的PEG壳，易于细胞吸收，疏水的核在肿瘤组织的弱酸性条件下解离，使得药物的释放，在药物传递、基因转染领域具有潜在应用。

发明内容

本发明的目的在于提供一种具有光和pH双重响应的双亲性嵌段共聚物的制备方法。本发明利用聚乙二醇单甲醚依次与丁二酸酐、2-硝基-1,3苄二醇、2-溴异丁酰溴反应制备含有邻硝基苄酯基团的ATRP大分子引发剂，然后引发烷基叔胺基丙烯酸酯类单体聚合得到聚乙二醇-邻硝基苄酯-聚烷基叔胺基丙烯酸酯两嵌段共聚物。邻硝基苄酯基团位于共聚物两嵌段之间，能吸收紫外光而断裂；而烷基叔胺基团具有pH响应性，因此嵌段共聚物同时具有光和 pH响应性。

本发明的技术方案如下：

一种具有光和pH双重刺激响应性的共聚物，其制备方法包括如下步骤：

步骤a)端羧基聚乙二醇的制备：以二氯甲烷为溶剂，2当量的三乙胺为缚酸剂，1当量的聚乙二醇单甲醚与2当量的丁二酸酐于室温下反应24h，反应结束后对反应液进行旋蒸浓缩，并在乙醚中沉淀三次，真空干燥，得到端羧基聚乙二醇；

步骤b)邻硝基苄酯端基改性聚乙二醇：以二氯甲烷与四氢呋喃的混合溶液作为反应溶剂，5当量的N,N-二环己基亚胺为脱水剂，1当量的4-二甲氨基吡啶作催化剂，将1当量的端羧基聚乙二醇与3当量的2-硝基-1,3苄二醇在室温下进行反应24h，反应结束后对反应液旋蒸进行浓缩，并在乙醚中沉淀三次，真空干燥，得到邻硝基苄酯端基改性聚乙二醇；

步骤c)ATRP大分子引发剂的制备：以二氯甲烷为溶剂，1当量的三乙胺为缚酸剂，将 1当量的邻硝基苄酯端基改性聚乙二醇与2当量的2-溴异丁酰溴于室温下反应24h，反应结束后对反应液进行旋蒸浓缩，并在乙醚中沉淀三次，真空干燥后，得到ATRP大分子引发剂；

步骤d)光和pH双重响应性的嵌段共聚物的制备：以异丙醇和N,N-二甲基甲酰胺的混合溶液为溶剂，1当量的ATRP大分子引发剂为引发剂，1当量的溴化亚铜为催化剂，1当量的N,N,N',N,'N″-五甲基二亚乙基三胺为配体，40℃下引发30～100当量的烷基叔胺基丙烯酸酯类单体聚合反应12～24h,经透析，冷冻干燥，得到光和pH双重响应性的两嵌段共聚物。

所制备两嵌段共聚物能通过选择性溶剂法在中性pH水溶液中形成胶束。胶束粒径为 30～50nm；胶束的聚乙二醇壳在365nm的紫外光照下会脱去，胶束的核在pH≤6.3～6.6时发生解离。

本发明有益的技术效果在于：

本发明的目的在于提供一种具有光和pH双重响应的双亲性嵌段共聚物的制备方法。本发明所制备的嵌段共聚物同时具有光和pH双重响应性。该嵌段共聚物在中性条件下自组装形成共聚物胶束纳米粒子，进而负载药物。电中性的聚乙二醇嵌段形成胶束的壳，可以防止血液中蛋白的对胶束的粘附，维持胶束的胶体稳定性。具有pH响应性的烷基叔胺基丙烯酸酯嵌段形成胶束的核，而在酸性条件下会发生解离，从而释放药物。共聚物两嵌段之间由光响应断裂的邻硝基苄酯键连接；在365nm紫外光照射下，邻硝基苄酯键断裂；胶束表面的聚乙二醇离去，增强细胞对胶束的摄取能力。

附图说明：

附图1为光和pH双重响应嵌段共聚物合成示意图。

附图2为实施案例1制备的嵌段共聚物的核磁共振氢谱。

附图3为实施案例1制备的嵌段共聚物在365nm紫外光的照射下的凝胶渗透色谱图。

附图4为实施案例1制备的嵌段共聚物胶束的流体动力学半径分布图，插图为胶束的透射电子显微镜图片。

附图5为实施案例1制备的嵌段共聚物胶束在不同pH值下的流体动力学半径分布图。

具体实施方法：

以下结合具体实施案例对本发明作进一步的阐述。应理解，本发明不限于以下实施案例，所述方法如无特别说明均视为常规方法。所述材料如无特别说明均能从公开商业途径获得。

实施案例1～3为光和pH双重响应性两嵌段共聚物的制备方法；实施案例4～6为光和pH双重响应性两嵌段共聚物的性能研究。

实施案例1：光和pH双重响应性两嵌段共聚物PEG-LB-PDPA的制备

端羧基聚乙二醇的制备：称取10g聚乙二醇单甲醚溶于50mL二氯甲烷中，依次加入0.4g 丁二酸酐和0.25mL三乙胺，室温条件下反应24h，旋蒸除去多余溶剂，于乙醚中沉淀三次，真空干燥至恒重，得到端羧基聚乙二醇；

邻硝基苄酯端基改性聚乙二醇的制备：将3g端羧基聚乙二醇溶于15mL二氯甲烷中，依次加入0.2g的2-硝基-1,3-苄二醇、0.48g N,N-二环己基亚胺、和0.15g 4-二甲氨基吡啶，室温条件下反应24h，旋蒸除去多余溶剂，于乙醚中沉淀三次，真空干燥至恒重，得到邻硝基苄酯端基改性聚乙二醇；

ATRP大分子引发剂的制备：取1g邻硝基苄酯端基改性聚乙二醇溶于5mL二氯甲烷中，冰浴加入50μL三乙胺及33μL的2-溴异丁酰溴，室温条件下反应24h。反应结束后旋蒸除去多余溶剂，后于乙醚中沉淀三次，真空干燥至恒重，获得ATRP大分子引发剂；

光和pH双重响应性两嵌段共聚物PEG-LB-PDPA的制备：称取0.5g ATRP大分子引发剂、 1.02g 2-(二异丙基氨基)甲基丙烯酸乙酯、21μL N,N,N',N,'N”-五甲基二亚乙基三胺和14mg溴化亚铜，后加入1mL异丙醇和1mL N,N-二甲基甲酰胺溶解单体和引发剂，无氧状态下40℃反应过夜。反应结束后加入10mL THF淬灭反应，过中性氧化铝柱除去铜盐，在去离子水中透析3天，冷冻干燥，得到光和pH双重响应性的嵌段共聚物PEG-LB-PDPA。

实施案例1中的化学反应式如附图1所示，所制备的光和pH双重响应性两嵌段共聚物的核磁共振氢谱如附图2：δ＝3.0为聚乙二醇末端甲基氢质子的化学位移；δ＝3.5～3.7为聚乙二醇主链上氢质子的化学位移，δ＝5.0～5.4为邻硝基苄酯上亚甲基氢质子的化学位移，δ＝7.5处为邻硝基苄酯上苯环的氢质子的化学位移，δ＝1.7～2.0、δ＝2.5～2.7、δ＝2.9～3.1、δ＝3.8～4.0处为DPA上亚甲基氢质子的化学位移，以上结果证明光和pH双重响应性两嵌段共聚物地成功制备。

实施案例2：光和pH双重响应性两嵌段共聚物PEG-LB-P(DMA-co-DPA)的制备

称取0.5g实施案例1中制备的ATRP大分子引发剂、1.02g 2-(二异丙基氨基)甲基丙烯酸乙酯、0.54g 2-(二甲基氨基)甲基丙烯酸乙酯、21μL N,N,N',N,'N”-五甲基二亚乙基三胺和14mg 溴化亚铜，后加入1mL异丙醇和1mL N,N-二甲基甲酰胺溶解单体和引发剂，无氧状态下50℃反应过夜。反应结束后加入10mL THF淬灭反应，过中性氧化铝柱除去铜盐，在去离子水中透析3天，冷冻干燥，得到光和pH双重响应性的嵌段共聚物PEG-LB-P(DMA-co-DPA)。

实施案例3：光和pH双重响应性两嵌段共聚物PEG-LB-P(DEA-co-DPA)的制备

称取0.5g实施案例1中制备的ATRP大分子引发剂、1.02g 2-(二异丙基氨基)甲基丙烯酸乙酯、0.67g 2-(二乙基氨基)甲基丙烯酸乙酯、21μL N,N,N',N,'N”-五甲基二亚乙基三胺和14mg 溴化亚铜，后加入1mL异丙醇和1mL N,N-二甲基甲酰胺溶解单体和引发剂，无氧状态下50℃反应过夜。反应结束后加入10mL THF淬灭反应，过中性氧化铝柱除去铜盐，在去离子水中透析3天，冷冻干燥，得到光和pH双重响应性的嵌段共聚物PEG-LB-P(DEA-co-DPA)。

实施案例4：光和pH双重响应性两嵌段共聚物的光响应性研究

将实施案例1制备的两嵌段共聚物溶于色谱纯四氢呋喃配置成20mg/mL的共聚物溶液，进行GPC测试。然后使用365nm紫外灯照射共聚物溶液5min，再进行GPC测试。

实施案例4中，经紫外光照射后，如附图3所示，共聚物的分子量分布变宽，并出现聚乙二醇前体的特征峰，证明嵌段共聚物在紫外光照下解离。

实施案例5：光和pH双重响应性两嵌段共聚物胶束的制备

将实施案例1制备的两嵌段共聚物充分溶解于DMF配置成10mg/mL的共聚物溶液，逐滴加入4倍体积的水进行组装，滴加结束后经透析提纯得到共聚物胶束分散液。

如附图4所示，实施案例5中制备的胶束具有规则的球形结构，胶束的平均粒径为36nm，呈单分散分布。

实施案例6：光和pH双重响应性两嵌段共聚物胶束的pH响应性

将实施案例5中制备的共聚物胶束分散于pH 7.4的磷酸缓冲液，浓度为0.5mg/mL。用1M 的盐酸调节其pH值到6，利用动态激光光散射检测胶束粒径与pH值之间的关系。

实施案例6中，当pH减小到6时，如附图5所示，胶束粒径变大、分布变宽，证明嵌段共聚物胶束具有pH响应性。

所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (3)

1.一种具有光和pH双重响应性的两嵌段共聚物，其特征在于：两嵌段中的一段为电中性的聚乙二醇，两嵌段中的另外一段为具有pH响应性的聚2-(二异丙基氨基)甲基丙烯酸乙酯及其与2-(二甲基氨基)甲基丙烯乙酯或2-(二乙基氨基)甲基丙烯乙酯的共聚物，两嵌段通过紫外光照可断裂的邻硝基苄酯基团连接；其结构如下所示：

2.根据权利要求1所述的一种具有光和pH双重响应性的两嵌段共聚物，其制备方法包括如下步骤：

步骤a)端羧基聚乙二醇的制备：以二氯甲烷为溶剂，2当量的三乙胺为缚酸剂，1当量的聚乙二醇单甲醚与2当量的丁二酸酐于室温下反应24h；反应结束后对反应液进行旋蒸浓缩，并在乙醚中沉淀三次，真空干燥后得到端羧基聚乙二醇；

步骤b)邻硝基苄酯端基改性聚乙二醇的制备：以二氯甲烷与四氢呋喃的混合溶液作为反应溶剂，5当量的N,N-二环己基亚胺为脱水剂，1当量的4-二甲氨基吡啶作催化剂，将1当量的端羧基聚乙二醇与3当量的2-硝基-1,3苄二醇在室温下进行反应24h；反应结束后对反应液旋蒸进行浓缩，并在乙醚中沉淀三次，真空干燥后得到邻硝基苄酯端基改性聚乙二醇；

步骤c)ATRP大分子引发剂的制备：以二氯甲烷为溶剂，1当量的三乙胺为缚酸剂，1当量的邻硝基苄酯端基改性聚乙二醇与2当量的2-溴异丁酰溴于室温下反应24h；反应结束后对反应液进行旋蒸浓缩，并在乙醚中沉淀三次，真空干燥后得到ATRP大分子引发剂；

步骤d)光和pH双重响应性的两嵌段共聚物的制备：以异丙醇和N,N-二甲基甲酰胺的混合溶液为溶剂，取1当量的ATRP大分子引发剂为引发剂，1当量的溴化亚铜为催化剂，1当量的N,N,N',N,'N”-五甲基二亚乙基三胺为配体，40℃下引发30～100当量的烷基叔胺基丙烯酸酯类单体聚合反应12～24h；反应结束后对反应液进行透析，冷冻干燥后得到光和pH双重响应性的两嵌段共聚物。

3.根据权利要求1所述的一种具有光和pH双重响应性的两嵌段共聚物，其特征在于：该共聚物在中性pH水溶液中可以形成胶束，粒径为30～50nm；胶束的聚乙二醇壳在紫外光照下会脱去，胶束的核在pH≤6.3～6.6时发生解离。