兩親性接枝共聚物是指同一分子中具有親水鏈段和疏水鏈段的聚合物，它們?cè)谶x擇性溶劑中能夠自組 裝形成膠束研究結(jié)果表明，這種膠束能夠把疏水性藥物分子組裝到其內(nèi)部，可延長(zhǎng)藥物在血液中 的循環(huán)時(shí)間，提高對(duì)藥物的控釋能力[3’4]，在藥物控制釋放、基因載體和靶向藥物傳遞方面具有廣泛的 應(yīng)用前景&7].聚氨基酸是由氨基酸環(huán)內(nèi)酸酐在伯胺引發(fā)下開環(huán)聚合得到的合成生物降解高分子，與 細(xì)胞和組織等有良好的生物相容性，具有低毒，容易被機(jī)體吸收和代謝等優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)由于多肽鏈段本 身能形成a螺旋和折疊二級(jí)結(jié)構(gòu)，在選擇性溶劑中可能形成更復(fù)雜的組裝形態(tài)，在生物醫(yī)用材料、 新結(jié)構(gòu)和新形貌材料制備等方面具有潛在的應(yīng)用前景[8’9].雖然聚氨基酸具有許多優(yōu)點(diǎn)，但是其均聚 物的降解周期及速度難以控制，應(yīng)用具有一定的局限性。聚丙烯酰胺（PAM)是一類水溶性高分子，具 有親水性強(qiáng)、易于表面功能化和生物相容性好等優(yōu)點(diǎn)，已廣泛應(yīng)用于生物材料等許多領(lǐng)域[1°’11].

 

士I ,11 H H .

 

CONH-fC—C—N+HCH2CH2COOCH2 o本文以聚丙烯酰胺為大分子引發(fā)劑，采用開環(huán) 聚合方法引發(fā)i-谷氨酸芐酯環(huán)內(nèi)酸酐（BLG-NCA)

 

聚合，成功地合成了新型兩親性聚丙烯酰胺/聚i- 谷氨酸芐酯（PAM-g-BLG,結(jié)構(gòu)如Scheme 1所示）

 

Scheme 1 Structure of polyacrylamide/poly (y-benzyl- L-glutamate) graft copolymers接枝共聚物，對(duì)共聚物結(jié)構(gòu)進(jìn)行了表征，并對(duì)共聚 物材料在水溶液中形成膠束的性質(zhì)進(jìn)行了初步研 究。

 

1實(shí)驗(yàn)部分1.1試 劑L-谷氨酸(生化試劑，國(guó)藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司，經(jīng)室溫真空干燥），聚丙烯酰胺（國(guó)藥集團(tuán)化學(xué) 試劑有限公司，15000),苯甲醇(分析純，天津市天河化學(xué)試劑廠），氫溴酸(分析純，國(guó)藥集團(tuán)化 學(xué)試劑有限公司），三聚光氣(化學(xué)純，海寧中聯(lián)化學(xué)有限公司，未處理），四氫呋喃（分析純，天津天 泰精細(xì)化學(xué)品有限公司，經(jīng)金屬鈉回流干燥），二甲基甲丑胺(分析純，國(guó)藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司，經(jīng)分子篩干燥蒸餾提純），其它試劑均為分析純?cè)噭?，都?jīng)嚴(yán)格除水處理。

 

1.2實(shí)驗(yàn)過程HOOCCH2CH2CHCOOHHBr,70'COrNH2CH2OOCCH2CH2CHCOOHoCbCOCOCCb _ THF, 50 *C~~1.2.1L-谷氨酸芐酯環(huán)內(nèi)酸酐（BLG-NCA)的制備首先按文獻(xiàn)[12]方法，在氫溴酸作用下，將t-谷 氨酸與苯甲醇反應(yīng)合成谷氨酸芐酯，粗產(chǎn)物用體積分?jǐn)?shù)為5%的乙醇重結(jié)晶得到白色固體，產(chǎn)率 31.6%，〇1.1>.172~174<10(文獻(xiàn)值[12】172~173<1：).然后參考文獻(xiàn)[13]的方法，將1-谷氨酸芐酯與 三聚光氣在無水四氫呋喃中反應(yīng)制備BLG-NCA,粗產(chǎn)物用無水四氫呋喃溶解，過濾，將濾液倒人無水 石油醚中沉淀，過濾，自然干燥得白色針狀晶體，產(chǎn)率53.1%，m.p. 96~97 t；(文獻(xiàn)值U3]96~97 丈）?合成路線見Scheme 2.

 

/=\I I、/>--CH2OOCCH2CH2 —CH — NH BLG-NCAScheme 2 Synthetic routes for the iV-carboxy-y-benzyl-L-glutamate anhydride (BLG-NCA)

 

1.2.2接枝共聚物（PAM-g-BLG)的合成按表1的投料比稱取新鮮制備的BLG-NCA和PAM于反應(yīng) 瓶中，以Af，；V-二甲基甲酰胺為溶劑，在室溫、氮?dú)獗Ｗo(hù)下攪拌反應(yīng)72 h.將反應(yīng)混合液倒入過量的無 水石油醚中沉淀，沉淀經(jīng)過濾，洗滌，干燥后得粗產(chǎn)物。粗產(chǎn)物用去離子水浸泡、洗滌、干燥后得到白 色固體。

 

Table 1 Related data of PAM-g-BLG graft copolymersSample/i(PAM)：n(NCA)Yield(%)^('H NMR)Wn(GPC)^w/^ncmc/(mg * L) Micelle size/nm(DLS)

 

PAM-g-BLGl1:174.8815215112971.234.67172PAM-g-BLG51:558.0216056161071.451.95134PAM-g-BLG101:1037.8817090178051.371.121251.2.3共聚物肢束的制備稱取50tng共聚物溶于5mL四氫呋喃中，待完全溶解后，在攪拌下向溶 液中緩慢加入40 mL二次蒸餾水，室溫下旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)除去四氫呋喃，將剩余溶液轉(zhuǎn)人到50 mL容量瓶中 定容，得到1 mg/mL膠束溶液。用移液管移取不同體積的該溶液置于若干10 mL容量瓶中，每個(gè)容量 瓶中加入一定體積的芘的丙酮溶液，除去丙酮，用二次蒸餾水稀釋至刻度，得到質(zhì)量濃度從5 x 10 _6 ~ 0? 5 mg/mL的膠束溶液，使芘在膠束溶液中的濃度為1. 98 x 1(T7 mol/L.將上述膠束溶液超聲15 min， 在50丈水浴中放置2 h，使芘均衡地分布于膠束中，然后冷卻至室溫，用于穩(wěn)態(tài)熒光、動(dòng)態(tài)光散射和 透射電鏡測(cè)試。

 

1.2.4'測(cè)試表征采用KBr壓片法在PerkinElmerSpectrumone傅里葉變換紅外光譜儀上測(cè)定樣品的 紅外光譜；在Varian Mercury 300 NMR譜儀上，以CDC13作溶劑，TMS為內(nèi)標(biāo)，于室溫測(cè)定樣品的 NMR譜；在Waters 1515凝膠滲透色譜儀(GPC)上測(cè)定聚合物的分子量及其分布，以聚苯乙烯為標(biāo) 樣，THF作流動(dòng)相，流速1. 0 miymin，測(cè)試溫度25;芘作熒光探針，在Varian Cary Eclipse熒光光度計(jì)上于室溫測(cè)定穩(wěn)態(tài)熒光激發(fā)光譜，固定發(fā)射波長(zhǎng)390 rnn，狹縫寬度為5 nm，掃描范圍300 ~360 run, 掃描速度30 mn/min;在Malvern Nano ZS納米粒度及Zete電位分析儀上于室溫測(cè)定共聚物膠束的粒徑 及其分布；用磷鎢酸負(fù)染色法，在JEM-100SX透射電子顯微鏡上觀察膠束形態(tài)。

 

2結(jié)果與討論2.1聚合反應(yīng)聚氨基酸是氨基酸環(huán)內(nèi)酸酐(NCA)在伯胺引發(fā)下通過開環(huán)聚合反應(yīng)得到的。本文選用的聚丙烯酰 胺分子中含有伯胺基團(tuán)，該基團(tuán)在一定條件下能引發(fā)NCA開環(huán)聚合得到接枝共聚物，反應(yīng)遵循普通伯 胺引發(fā)NCA的反應(yīng)機(jī)理[14].通過改變反應(yīng)物的投料比可以得到不同組成和分子量的共聚物，結(jié)果列于表1.、2.2共聚物的表征圖1是PAM-g-BLGl共聚物的紅外光譜? 3293 cm—1處為共聚物中N—H鍵的伸縮振動(dòng)，1734 cm—1 處的吸收峰為PBLG鏈段中酯羰基的特征吸收，1653 cnT1處的吸收峰為共聚物中酰胺段的！吸收 峰，稱為酰胺I帶，1547 cnT1處的吸收峰是酰胺II帶的特征吸收峰，是N-H彎曲振動(dòng)('_?)和C-N 伸縮振動(dòng)的組合吸收。由圖1可見，1855和1785 ctrT1處NCA的兩個(gè)羰基的特征吸收峰消失，表明產(chǎn) 物中沒有NCA，由此可以初步判斷NCA已經(jīng)開環(huán)形成了聚丙烯酰胺/聚L-谷氨酸芐酯接枝共聚物。

 

圖2是PAM-g-BLGl共聚物的1 H NMR譜圖。S 0. 93和1. 24處的吸收峰分別為PBLG鏈段中兩個(gè) 亞甲基(一CH2CH2—)質(zhì)子的吸收峰，5 1.80處的吸收峰歸屬于PAM鏈段中亞甲基(一CH2)質(zhì)子的吸 收峰，S 3.48處的吸收峰是PAM鏈段中次甲基(一CH)質(zhì)子的特征吸收峰，S 3. 71處的吸收峰為PBLG鏈段中次甲基(一CH)質(zhì)子的吸收峰，S5.03處的吸收峰為PBLG鏈段中芐酯單元的亞甲基(一012)質(zhì) 子的吸收峰，5 7. 25處的吸收峰為PBLG鏈段中苯環(huán)質(zhì)子的吸收峰，S 8. 61處的弱吸收峰是共聚物中 N-H質(zhì)子的特征吸收。聚丙烯酰胺鏈段中次甲基質(zhì)子的吸收峰與聚L-谷氨酸芐酯鏈段中亞甲基質(zhì)子 的吸收峰離得相對(duì)較遠(yuǎn)，彼此能分辨開，故可根據(jù)其積分強(qiáng)度計(jì)算共聚物的分子量，計(jì)算結(jié)果列于表1.從表1可以看出，隨著NCA投料量的增加，聚合物的分子量也逐漸增大，表明反應(yīng)基本按照投料比 進(jìn)行。

 

圖3是接枝共聚物的GPC譜圖。由圖3可以看出，PAM-g-BLGl，PAM-g-BLG5和PAM-g-BLG10 都只有一個(gè)單峰，表明生成了聚丙烯酰胺/聚L-谷氨酸-節(jié)酯接枝共聚物，產(chǎn)物中沒有其它物質(zhì)，有關(guān) 數(shù)據(jù)列于表1.從表1可以看出，GPC測(cè)得的PAM-BLG1共聚物分子量比1H NMR計(jì)算值小，這可能與 選用的流動(dòng)相溶劑及聚合物的溶解性有關(guān)。由于PAM-BLG1中親水性聚丙烯酰胺的含量相對(duì)較高，在 THF中的溶解性相對(duì)較差，因此PAM-BLG1與溶劑之間的親和力小于與載體之間的親和力，導(dǎo)致聚合 物在固定相與流動(dòng)相之間的配位效應(yīng)，使聚合物實(shí)際淋出的體積大于體積排斥效應(yīng)所決定的淋出體 積?實(shí)際淋出體積大，得到的分子量則小。而PAM-BLG5和PAM-BLG10共聚物中疏水性聚[-谷氨酸芐 酯的含量相對(duì)較高，在流動(dòng)相中的溶解性能提高，得到的分子量與1H NMR數(shù)據(jù)計(jì)算值接近。綜合IRFig. 3 GPC traces of PAM-g-BLGFig. 4 Plots of /^//^ versus logarithm ofgraft copolymersPAM-^-BLG concentration和1H NMR分析結(jié)果，可以確認(rèn)得到了接枝共聚物。

 

2.3共聚物膠束的形成及臨界膠束濃度在一定條件下，兩親嵌段或接枝共聚物可以在選擇性溶劑中形成疏水鏈段為核、親水鏈段為殼的 膠束。芘是一種具有特征發(fā)射光譜的疏水性物質(zhì)，當(dāng)所處環(huán)境的極性改變時(shí)，其特征發(fā)射譜的位移會(huì) 發(fā)生變化，因此常用作探針來研究膠束的形成。本文選用芘為熒光探針研究PAM-g-BLG共聚物在水溶 液中的膠束形成，并測(cè)定其臨界膠束濃度。

 

圖4是以共聚物膠束溶液濃度的對(duì)數(shù)lgc為橫坐標(biāo)，芘的心/‘為縱坐標(biāo)作圖得到的曲線，其中 a為PAM-g-BLG1共聚物膠束的恥對(duì)/^//%曲線。在濃度較低時(shí)，值基本保持不變，表明共聚 物以分子形式分散在水中。當(dāng)濃度增大到某一值時(shí)，曲線開始上升，即/34〇//334值開始增大，芘周圍環(huán) 境的極性減弱，芘分子向低極性微區(qū)遷移，表明形成了以PBLG為核，PAM為殼的膠束。當(dāng)膠束濃度 繼續(xù)增大，/340//334值的變化趨緩，表明芘分子周圍環(huán)境的極性未再發(fā)生變化。作曲線水平段與上升段 的切線，切線交點(diǎn)處對(duì)應(yīng)的濃度即為臨界膠束濃度。用同樣方法可以得到PAM-g-BLG5和PAM-g- BLG10的臨界膠束濃度，結(jié)果列于表1.由表1可看出，隨著共聚物中疏水性PBLG鏈段比例的增加， 臨界膠束濃度減小。當(dāng)疏水性PBLG鏈段比例繼續(xù)增大時(shí)，得不到穩(wěn)定的膠束溶液。這是由于疏水鏈 段比例過大時(shí)，在水溶液中形成膠束的親疏水平衡受到破壞。

 

2.4膠束粒徑及其分布(B)

 

i n1 ,10° 101 丨 02 103 104圖5( A)，（B)和（C)分別是PAM-g-BLGl, PAM-g-BLG5和PAM-g-BLGlO形成膠束的動(dòng)態(tài)光散射 粒徑分布圖。從圖5可以看出，3種共聚物在水溶液中都形成了單分散的納米膠束，其平均粒徑分別 為172, 134和125 mn.隨著共聚物中PBLG鏈段比例的增大，膠束的粒徑減小。PBLG是一種聚氨基 酸鏈段，在水溶液中除了通過分子內(nèi)氫鍵形成螺旋外，部分分子間可能形成分子間氫鍵。當(dāng)PBLG 含量增高時(shí)，分子間氫鍵作用增強(qiáng)，膠束聚集數(shù)增加，密度增大，粒徑變小[15].

 

Fig. 5 Size distribution of PAM-g-BLGl( A), PAM-g-BLG5(B) and PAM-g-BLGlO(C) copolymer micelles in aqueous solution measured by DLS2.5膠束形態(tài)圖6是共聚物膠束的透射電鏡照片。由圖6可以看出，共聚物PAM-g-BLGl，PAM-g-BLG5和 PAM-g-BLG10在水溶液中均形成了界面較清晰的球形膠束，其平均粒徑在100 ~ 150 run之間，尺寸分 布較均勻。另外，TEM結(jié)果表明得到的膠束粒徑略小于DLS的結(jié)果，這是由于TEM是在干態(tài)下測(cè)得 膠束粒徑的，而DI5是在溶液中測(cè)定膠束流體力學(xué)直徑的。

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