金剛烷改性超支化聚縮水甘油制備溫敏性聚合物及自組裝研究

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(shí)，聚合物水溶液出現(xiàn)渾濁；而當(dāng)溫度降到LCST以下時(shí)，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(shí)，聚合物水溶液是澄清透明的；而當(dāng)溫度降到UCST以下時(shí)，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(bào)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(bào)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(shí)現(xiàn)了在一個(gè)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(jià)，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.