CN108659249B

CN108659249B - 一种Janus聚合物颗粒及其制备方法

Info

Publication number: CN108659249B
Application number: CN201810233993.5A
Authority: CN
Inventors: 董姝丽; 隋海燕; 郝京诚
Original assignee: Shandong University
Current assignee: Shandong University
Priority date: 2018-03-21
Filing date: 2018-03-21
Publication date: 2021-01-15
Anticipated expiration: 2038-03-21
Also published as: CN108659249A

Abstract

本发明公开了一种Janus聚合物颗粒及其制备方法，聚合物颗粒主体为表面带有醛基和磺酸基的聚苯乙烯微球，聚苯乙烯微球的一面修饰有一端带有巯基的聚乙二醇，另一面修饰有用荧光染料标记的支化聚赖氨酸。修饰在聚苯乙烯球一面的端部带有巯基的聚乙二醇可以有效的延长其在生物体内的循环时间，而修饰在聚苯乙烯球另一端支化聚赖氨酸，具有很好的荧光性质，为研究运载体进入细胞的方式提供一条新的途径。

Description

一种Janus聚合物颗粒及其制备方法

技术领域

本发明属于Janus聚合物粒子的制备技术领域，具体涉及一种Janus聚合物颗粒及其制备方法。

背景技术

在过去的几十年中，具有球形形状的各向同性的胶体颗粒在理论研究和应用技术方面都受到了广泛的关注。然而，理论研究表明具有各向异性的胶体颗粒在生物、物理、化学等众多领域上具有更诱人的发展前景，科研工作者将这种形状以及表面化学性质不同的粒子称为“Janus粒子”。在1991年，法国科学家De Gennes在诺贝尔奖颁奖大会上首次提出“Janus”一词，Janus本意是指古罗马神话中的“两面神”。据说他有两张脸，一张可以面向过去，一张可以面向未来。De Gennes认为相比于表面成分均匀的粒子，各向异性的粒子的结构、性质以及功能具有更丰富的研究价值。例如，他预测Janus粒子一面疏水一面带电，其性质类似小分子表面活性剂，能够形成一层“可呼吸的皮肤”来稳定气液界面。自此以后，对Janus粒子两亲性的研究不断深入并取得长足的进展。同时，对Janus粒子形状研究也逐渐由球形拓展为其他复杂的形状，如棒状，盘状，哑铃形，雪人状，草莓型等等。此外对Janus粒子的定义也有了重新的认识，现用Janus粒子来描述具有不对称结构以及具有两种截然不同表面性质的胶体粒子，如极性，电荷性，亲疏水性等。

自1982年首次合成Janus粒子以来，因其新颖的性质，在不同的工业领域以及生物纳米技术方面都有广泛的应用前景，尤其是在生物医学领域，受到了越来越多研究者的关注。例如，药物治疗方面，在Janus粒子一侧修饰具有特异性识别的靶向基团，另一侧修饰具有治疗癌症的功能性药物，可以实现精准靶向诊断和治疗。因为Janus粒子在生物体内的循环对细胞的诊断和治疗具有至关重要的作用，因此在药物治疗方面，提高药物运载体在体内的循环时间是需要考虑的首要问题。

近年来，研发多种方法来制备Janus粒子，如模板辅助自组装法、可控相分离法、部分屏蔽法、选择性表面改性法、乳液聚合、微流体制备法，Pickering乳液法以及微触印刷法等。尽管在Janus粒子的制备方面取得了蓬勃发展，但不管使用何种材料和技术，Janus粒子的合成都可分为三类：表面改性、相分离、自组装。其中表面改性方法主要是保护均质粒子最初的部分，修饰未受保护的部分。通常包括两相界面处的可控修饰，物理沉积、光刻技术等。但现存Janus材料的制备方法仍存在弊端：其制备过程复杂，难于规模化生产，此外，颗粒分散性较差，不利于以后的应用研究。

发明内容

针对上述现有技术中存在的弊端和不足，本发明的目的是提供一种Janus聚合物颗粒及其制备方法，制备出的Janus聚合物颗粒粒径较大，分散性良好，在生物医学领域具有潜在的应用，为研究运载体进入细胞的方式提供一条新的途径。

为了解决以上技术问题，本发明的技术方案为：

一种Janus聚合物颗粒，聚合物颗粒主体为表面带有醛基和磺酸基的聚苯乙烯微球，聚苯乙烯微球的一面修饰有一端带有巯基的聚乙二醇，另一面修饰有用荧光染料标记的支化聚赖氨酸(PLL)。

修饰在聚苯乙烯球一面的端部带有巯基的聚乙二醇可以有效的延长其在生物体内的循环时间，而修饰在聚苯乙烯球另一端支化聚赖氨酸，具有很好的荧光性质，为研究运载体进入细胞的方式提供一条新的途径。

优选的，聚合物颗粒主体的粒径为3-4μm。

上述Janus聚合物颗粒的制备方法，包括如下步骤：

1)利用电子束蒸发镀膜技术在改性后的亲水硅片上的单层聚苯乙烯微球镀层金属膜，形成Au-PS Janus颗粒；

2)用一端带有巯基的聚乙二醇对步骤1)中制备的Au-PS Janus颗粒进行表面修饰，获得一面由mPEG-SH保护，另一面裸露醛基的Janus聚苯乙烯颗粒；

3)用带有荧光染料标记的支化聚赖氨酸对步骤2)中获得的Janus聚苯乙烯颗粒的裸露醛基的一面进行修饰，获得一面由mPEG-SH保护，另一面由PLL修饰的Janus聚苯乙烯颗粒。

该制备方法的合成过程简单绿色，反应条件温和，简单易于操作，生物相容性强，分散性良好。

优选的，步骤1)中，亲水硅片的改性方法为，将干净的硅片放入等离子清洗仪中清洗设定时间，即得。

进一步优选的，清洗的时间为4-8min，优选为5min。

优选的，步骤1)中，电子束蒸发镀膜技术是在SPT 20离子镀膜机中进行真空镀膜，镀膜的时间为200-300s，优选为240s；电流为3-8mA，优选为7mA；镀层厚度为10-35nm，优选为30nm。

优选的，步骤1)中，还包括将硅片上的Au-PS Janus颗粒转移至水相中，得到Au-PSJanus颗粒分散液的步骤。

优选的，步骤2)中，所述聚乙二醇的重均分子量为2000～8000，优选为重均分子量为5000。

优选的，步骤2)中，反应的温度为18-30℃，反应的时间为20-30h，聚乙二醇的浓度为4-8mg/mL，优选为，聚乙二醇的浓度为5mg/mL。

优选的，步骤2)中，反应体系的pH值为7.2-7.4，优选为7.2。

优选的，步骤3)中，用带有荧光染料标记的支化聚赖氨酸对步骤2)中获得的Janus聚苯乙烯颗粒进行修饰的方法，具体为：

首先用荧光染料Alexa Flour 488NHS对支化聚赖氨酸进行标记；然后将步骤2)中得到的Janus聚苯乙烯颗粒分散在弱碱性的PBS缓冲溶液中，加入用荧光染料标记过的支化聚赖氨酸，裸露醛基的Janus聚苯乙烯颗粒和用荧光染料标记的聚赖氨酸上的氨基发生席夫碱反应，生成可逆亚胺键，获得一面由mPEG-SH保护，另一面由PLL修饰的Janus聚合物颗粒。

进一步优选的，步骤3)中，反应体系的pH值为8.0。

进一步优选的，步骤3)中，支化聚赖氨酸的重均分子量为6000～18000，优选的重均分子量为16000。

进一步优选的，步骤3)中，反应的温度为18-30℃，反应的搅拌时间为6h，荧光染料标记过的支化聚赖氨酸的浓度为2mg/mL。

上述Janus聚合物颗粒在生物医学领域方面，为研究运载体进入细胞的方式提供一条新的途径。

本发明的有益效果为：

(1)本发明制备的这种Janus聚合物粒子，表面化学性质明确，并且具有相应的化学反应活性，为后期不同类型及功能Janus聚合物粒子的制备以及Janus聚合物粒子的潜在应用方面提供了一条有效的途径。

(2)本发明制备的这种Janus聚合物粒子具有良好的生物相容性，在进入免疫系统的时候可以有效的躲避免疫系统的清除，为以后研究纳米运载体进入细胞的方式方面提供一条实验思路。

(3)本发明的制备方法简单，条件温和，易于操作，不受其他干扰因素的影响。

附图说明

构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。

图1为在硅片上单层排列的聚苯乙烯微球的扫描电子显微镜图，其中图(a)为呈现紧密堆积的聚苯乙烯微球的局部放大图；图(b)为单层排列聚苯乙烯微球的整体图；

图2为Au-PS Janus颗粒的扫描电子显微镜图，其中图(a)、图(b)均为喷Au的聚苯乙烯微球的扫描电子显微镜图；图(c)为喷Au的聚苯乙烯微球的放大图；

图3为Au-PS Janus颗粒的Mapping图，其中图(a)、图(b)均为喷Au聚苯乙烯微球的Mapping图；

图4为一面由mPEG-SH保护的Janus聚苯乙烯微球的扫描电子显微镜图，其中图(a)为由mPEG-SH保护的Janus聚苯乙烯微球的整体图；图(b)、图(c)为由mPEG-SH保护的Janus聚苯乙烯微球的局部放大图；

图5为一面由mPEG-SH保护，另一面由PLL修饰的Janus聚苯乙烯微球的荧光倒置显微镜图，其中图(a)为Janus聚苯乙烯微球的局部放大的荧光倒置显微镜图；图(b)为Janus聚苯乙烯微球的整体荧光倒置显微镜图。

具体实施方式

应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

实施例1

将1cm²干净的硅片放入到等离子清洗仪中进行表面改性，当等离子清洗仪的舱内出现紫粉色的辉光时，开始计时处理5min，得到亲水硅片，将其置于干净的表面皿中保存备用。

将聚苯乙烯微球离心并浓缩至5％，之后加入等体积的无水乙醇，涡旋分散均匀。随后用移液枪移取100μL聚苯乙烯微球的乳液，缓慢滴加在盛有三次水表面皿的液面上。由于乙醇的存在，聚苯乙烯微球乳液滴到液面上迅速地铺开，形成聚苯乙烯微球的单层膜。慢慢滴加聚苯乙烯微球的乳液，当聚苯乙烯微球单层膜的面积大约为液面的80％时，此时把处理过的亲水的硅片，倾斜15°慢慢伸入到液面以下，缓慢的接触水面上的聚苯乙烯微球单层膜，并轻轻捞起，置于干净的表面皿干燥备用。电镜样品的制备是按照上述的方法在硅片的表面形成单层紧密堆积的聚苯乙烯微球，晾干后观察，其扫描电子显微镜图见附图1。

实施例2

将1cm²干净的硅片放入到等离子清洗仪中进行表面改性，当等离子清洗仪的舱内出现紫粉色的辉光时，开始计时处理5min，得到亲水硅片，将其置于干净的表面皿中备用。

将聚苯乙烯微球离心并浓缩至5％，之后加入等体积的无水乙醇，涡旋分散均匀。随后用移液枪移取200μL聚苯乙烯微球的乳液，缓慢滴加在盛有三次水表面皿的液面上。由于乙醇的存在，聚苯乙烯微球乳液滴到液面上迅速地铺开，形成聚苯乙烯微球的单层膜。慢慢滴加聚苯乙烯微球的乳液，当聚苯乙烯微球单层膜的面积大约为液面的80％时，此时把处理过的1cm²亲水的硅片，倾斜15°慢慢伸入到液面以下，缓慢的接触水面上的聚苯乙烯微球单层膜，并轻轻捞起置于表面皿干燥。将干燥捞有聚苯乙烯微球的硅片放入离子镀膜机中，设置时间240s，电流强度7mA。在铺有聚苯乙烯微球的硅片表面镀上一层厚度约为30nm的Au层。随后量取50mL蒸馏水加入到干净的烧杯中，将镀Au的硅片缓慢放置于盛有水溶液的烧杯中，超声3s，镀Au的单层聚苯乙烯微球会从硅片上脱落，离心收集，去除上清液，得到一面镀Au的聚苯乙烯微球的分散液，备用。电镜样品的制备是将上述备用溶液离心，稀释，滴加到亲水的硅片表面上晾干后即可观察，其结果Au-PS Janus颗粒的扫描电子显微镜图以及Mapping图见附图2、附图3，图2中红色方框圈出的部位是喷Au颗粒的局部放大图。

称取一端带有巯基的聚乙二醇5mg，加入1mL pH 7.2的PBS缓冲溶液搅拌溶解。将配制好的溶液加入到镀Au的聚苯乙烯微球中，室温搅拌24h，反应结束后，离心去除上清液，用pH 7.2的PBS缓冲溶液洗涤3次，离心收集，得到一面由mPEG-SH保护，另一面裸露醛基的Janus聚苯乙烯微球的分散液，备用。电镜样品的制备是将上述备用溶液离心，稀释，滴加到亲水的硅片表面上晾干后即可观察。其结果扫描电子显微镜图见附图4。

实施例3

将聚苯乙烯微球离心并浓缩至5％，之后加入等体积的无水乙醇，涡旋分散均匀。随后用移液枪移取600μL聚苯乙烯微球的乳液，缓慢滴加在盛有三次水表面皿的液面上。由于乙醇的存在，聚苯乙烯微球乳液滴到液面上迅速地铺开，形成聚苯乙烯微球的单层膜。慢慢滴加聚苯乙烯微球的乳液，当聚苯乙烯微球单层膜的面积大约为液面的80％时。此时把处理过的1cm²亲水的硅片，倾斜15°慢慢伸入到液面以下，缓慢的接触水面上的聚苯乙烯微球单层膜，并轻轻捞起置于表面皿中干燥。将干燥捞有聚苯乙烯微球的硅片放入离子镀膜机中，设置时间240s，电流强度7mA。在铺有聚苯乙烯微球的硅片表面镀上一层厚度约为30nm的Au层。随后量取50mL蒸馏水加入到干净的烧杯中，将镀Au的硅片缓慢放置于盛有水溶液的烧杯中，超声3s，镀Au的单层聚苯乙烯微球会从硅片上脱落，离心收集，去除上清液，得到一面镀Au的聚苯乙烯微球的分散液，备用。

称取一端带有巯基的聚乙二醇15mg，加入3mL pH 7.2的PBS缓冲溶液搅拌溶解。将配制好的溶液加入到镀Au的聚苯乙烯微球中，室温搅拌24h，反应结束后，离心去除上清液，用pH 7.2的PBS缓冲溶液洗涤3次，离心收集，得到一面由mPEG-SH保护，另一面裸露醛基的Janus聚苯乙烯微球的分散液，备用。

用Alexa Flour 488NHS染料标记支化的聚赖氨酸。称取50mg支化的聚赖氨酸溶于3mL二甲基亚砜(DMSO)，向其中慢慢滴加20μL Alexa Flour 488NHS(1mg/mL)染料，室温搅拌反应16h，反应结束后透析48h，冻干，产物的颜色由白色变为蓝色，备用。

称取2mg上述用染料标记过的支化的聚赖氨酸，溶于1mL三次水中，配制成2mg/mL的溶液加入到一面由mPEG-SH保护，另一面裸露醛基的Janus聚苯乙烯微球的分散液中，常温搅拌反应6h。反应结束后，将上述溶液以6000ⅹg的速度离心5min，离心洗涤3次，得到一面由mPEG-SH保护，另一面由PLL修饰的Janus聚合物颗粒，备用。表面分别修饰聚乙二醇和聚赖氨酸的荧光倒置显微镜样品的制备是将上述备用溶液离心，稀释，滴到载玻片上在荧光倒置显微镜下观察，其荧光倒置显微镜图见附图5。

以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims

1.一种Janus聚合物颗粒，其特征在于：所述Janus聚合物颗粒的制备方法为：将1 cm²干净的硅片放入到等离子清洗仪中进行表面改性，当等离子清洗仪的舱内出现紫粉色的辉光时，开始计时处理5 min，得到亲水硅片，将其置于干净的表面皿中备用；将聚苯乙烯微球离心并浓缩至5％，之后加入等体积的无水乙醇，涡旋分散均匀；随后用移液枪移取600μL聚苯乙烯微球的乳液，缓慢滴加在盛有三次水表面皿的液面上，形成聚苯乙烯微球的单层膜；

慢慢滴加聚苯乙烯微球的乳液，当聚苯乙烯微球单层膜的面积为液面的80%时，将处理过的1cm²亲水硅片倾斜15°慢慢伸入到液面以下，缓慢的接触水面上的聚苯乙烯微球单层膜，并轻轻捞起置于表面皿中干燥；

将干燥捞有聚苯乙烯微球的硅片放入离子镀膜机中，设置时间240 s，电流强度7 mA；在铺有聚苯乙烯微球的硅片表面镀上一层厚度为30 nm的Au层；随后量取50 mL蒸馏水加入到干净的烧杯中，将镀Au的硅片缓慢放置于盛有水溶液的烧杯中，超声3 s，镀Au的单层聚苯乙烯微球会从硅片上脱落，离心收集，去除上清液，得到一面镀Au的聚苯乙烯微球的分散液；称取一端带有巯基的聚乙二醇15 mg，加入3 mL pH 为7.2的PBS缓冲溶液搅拌溶解；将配制好的溶液加入到镀Au的聚苯乙烯微球中，室温搅拌24 h，反应结束后，离心去除上清液，用pH 7.2的PBS缓冲溶液洗涤3次，离心收集，得到一面由mPEG-SH保护，另一面裸露醛基的Janus聚苯乙烯微球的分散液；称取50 mg支化的聚赖氨酸溶于3mL二甲基亚砜，向其中慢慢滴加浓度为1 mg/mL体积为20 μL的 Alexa Flour 488 NHS染料，室温搅拌反应16 h，反应结束后透析48 h，冻干，产物的颜色由白色变为蓝色；

称取2 mg上述用染料标记过的支化的聚赖氨酸，溶于1 mL三次水中，配制成2 mg/mL的溶液，加入到一面由mPEG-SH保护，另一面裸露醛基的Janus聚苯乙烯微球的分散液中，常温搅拌反应6 h；反应结束后，将上述溶液以6000ⅹg的速度离心5 min，离心洗涤3次，得到一面由mPEG-SH保护，另一面由PLL修饰的Janus聚合物颗粒。

2.权利要求1所述Janus聚合物颗粒在生物医学领域中的应用。