溫度響應(yīng)性聚合物是一類能夠?qū)ν饨绛h(huán)境溫度變化產(chǎn)生響應(yīng)的智能聚合物,在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用前景。溫度響應(yīng)性聚合物的特點(diǎn)之一就是具有臨界溶解溫度(Critical solution temperature, CST),在此溫度,聚合物溶液將發(fā)生不連續(xù)的相轉(zhuǎn)變。溫度響應(yīng)性聚合物可以分為具有最低臨界溶解溫度(lower critical solution temperature, LCST)和最高臨界溶解溫度(upper critical solutiontemperature, UCST)兩類聚合物。對于具有LCST的水溶性溫敏聚合物,當(dāng)聚合物水溶液溫度升高到LCST以上時,聚合物水溶液出現(xiàn)渾濁;而當(dāng)溫度降到LCST以下時,溶液又恢復(fù)無色透明。具有UCST的聚合物則與之相反,當(dāng)聚合物水溶液溫度升高到UCST以上時,聚合物水溶液是澄清透明的;而當(dāng)溫度降到UCST以下時,溶液出現(xiàn)渾濁。多數(shù)溫度響應(yīng)性聚合物具有LCST,如聚N-異丙基丙烯酰胺(PNIPAM)、聚甲基丙烯酸-N,N-二甲氨基乙酯(PDMAEMA)等。
樹狀支化聚合物具有三維支化結(jié)構(gòu)和大量末端功能基團(tuán),這種獨(dú)特的分子結(jié)構(gòu)使其具有特殊的物理化學(xué)性質(zhì),因而在生物醫(yī)藥領(lǐng)域比線性聚合物更具優(yōu)勢。近年來,人們已經(jīng)開始利用樹狀支化聚合物來制備溫度響應(yīng)性聚合物,并在藥物輸送、分離工程以及納米膠囊催化等領(lǐng)域進(jìn)行了初步的應(yīng)用研究。通常制備溫度響應(yīng)性樹狀支化聚合物的方法可以分為兩大類。一類是將具有溫度響應(yīng)性的鏈段或基團(tuán),如PNIPAM或PDMAEMA等,接枝到樹狀支化聚合物的外圍。例如,Kono等將溫敏性的異丁基酰胺基團(tuán)接枝到聚酰胺胺(PAMAM)和聚丙烯亞胺(PPI)樹枝狀大分子的末端,使PAMAM和PPI具有溫度響應(yīng)性,并發(fā)現(xiàn)其LCST隨著樹枝狀大分子代數(shù)的增加而降低。潘才元等將溫敏性的PNIPAM鏈段接枝到樹枝狀大分子表面制備了溫度響應(yīng)性星狀聚合物。洪海燕等將溫敏性的PDMAEMA鏈段引入超支化聚醚HBPO的表面制備了對溫度敏感的HBPO-star-PDMAEMA聚合物。另一類方法是將親水或疏水的鏈段或基團(tuán)引入到樹狀支化聚合物結(jié)構(gòu)中,通過改變體系中親水和疏水基團(tuán)的平衡從而使聚合物具有溫敏性。例如Parrot等合成了溫度響應(yīng)性樹枝狀脂肪族聚醚,它內(nèi)部是疏水的碳硼烷基團(tuán),外部是親水的羥基,研究發(fā)現(xiàn)這二者之間的親疏水平衡是導(dǎo)致該聚合物具有溫敏性的主要原因。賈志峰等采用1,4-丁二醇二縮水甘油和三元醇制備了溫度響應(yīng)性超支化聚合物,并發(fā)現(xiàn)其LCST可以通過改變1,4-丁二醇二縮水甘油和三元醇的投料摩爾比來調(diào)節(jié)。
超支化聚縮水甘油(HPG)是一種水溶性超支化聚合物,具有低毒性和良好的生物相容性。HPG的優(yōu)良特點(diǎn)使它在納米膠囊和給藥體系,抗蛋白吸附材料以及生物催化與膜分離等生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域得到了良好的應(yīng)用。毫無疑問,賦予HPG溫敏性能將大大擴(kuò)展其在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用前景。然而到目前為止,文獻(xiàn)報道的基于HPG的溫敏性聚合物還不是很多,而這些文獻(xiàn)都是采用前面介紹的第一類制備溫敏性樹狀支化聚合物的方法,即接枝溫敏性鏈段或基團(tuán)到HPG表面從而賦予HPG溫敏性。例如,Wan等人制備了以HPG為核,交聯(lián)的聚(N,N-二甲氨基丙烯酸酯)(PDMAEA)為內(nèi)殼,溫敏性聚合物PNIPAM為冠的溫敏性聚合物。Brooks和Kizhakkedathu以HPG為核,通過接枝PNIPAM和聚(N,N-二甲基丙烯酰胺)(PDMA)到HPG表面,制備了溫敏性雜臂星狀共聚物。Frey和Kono等分別報道了接枝溫度敏感的NIPAM基團(tuán)到HPG表面,得到溫度和pH雙重敏感的聚合物。他們發(fā)現(xiàn)這種溫敏性聚合物可有效地用于封裝金納米粒子和生物活性分子。
周永豐等人通過1-金剛烷酰氯和HPG的酯化反應(yīng)合成了一系列不同接枝率的金剛烷改性的超支化聚縮水甘油HPG-AD,如圖所示。發(fā)現(xiàn)具有一定接枝率的HPG-AD在水溶液中能表現(xiàn)出明顯的溫度響應(yīng)性。結(jié)合UV-Vis、DLS、變溫1H NMR和TEM等測試手段對HPG-AD的溫度響應(yīng)性和自組裝行為進(jìn)行了詳細(xì)表征,并利用金剛烷和β-CD間高度識別的主客體相互作用,通過加入不同量的β-CD實現(xiàn)了在一個很寬的溫度范圍內(nèi)對體系LCST的調(diào)控。采用MTT法對金剛烷改性后聚合物的細(xì)胞毒性進(jìn)行了評價,發(fā)現(xiàn)金剛烷基團(tuán)的引入使HPG的細(xì)胞毒性大大增加,但當(dāng)加入β-CD后,其細(xì)胞毒性又可相應(yīng)地被抑制。
文獻(xiàn):Xiaoyi Sun,Yongfeng Zhou,Deyue Yan. Macromol. Chem. Phys.2010, 211:1940–1946.
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