本發(fā)明涉及一種自催毀嵌段聚合物及其制備方法，屬高分子化學合成及嵌段聚合物自組裝技術領域。

背景技術：

化療藥物的有效輸送和攝取是克服腫瘤耐藥性、提高化療效果的關鍵，聚合物作為藥物載體有著潛在的應用前景，但要實現(xiàn)其多功能化，要進行必要的化學修飾。此外，為能應用于體內(nèi)甚至臨床研究，還要兼顧載體的體內(nèi)穩(wěn)定性和有效可控釋放。氧化還原響應聚合物納米載體輸送系統(tǒng)一直以來是是納米載體用于癌癥治療領域的研究重點，但仍然存在一些問題，如聚合物主鏈斷裂不完全，包載藥物釋放不徹底等缺點。此外，由于降解過程缺乏可控性，降解中間體的不溶性會導致不規(guī)則聚集的形成，從而阻礙藥物的有效釋放和載體片段的體內(nèi)代謝。而自摧毀聚合物恰恰可以解決這一問題。目前，關于具有自催毀降解特性的聚合物膠束研究并不多見，在藥物載體釋放領域的應用更是少之又少。

本發(fā)明旨在設計出一種新型的可自催毀的氧化還原響應的聚合物納米載體來彌補單純的氧化還原納米載體存在的缺陷。我們希望基于這種聚合物的納米載體在腫瘤微環(huán)境下響應于氧化還原刺激,完全斷裂成小分子化合物，使載帶藥物快速有效釋放出來，提高藥物利用率，也提高納米載體的生物降解性，有利于納米載體的體內(nèi)代謝。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的之一在于提供一種可自催毀降解的嵌段聚合物。

本發(fā)明的目的之二在于提供該聚合物的制備方法。

為達到上述目的，本發(fā)明的聚合反應機理請參見圖1(a)和圖1(b)。

根據(jù)上述反應機理，本發(fā)明采用如下技術方案：

一種可自催毀的嵌段聚合物，其特征在于該聚合物的結構式為：

三嵌段聚合物PEG-PCN-PEG(作例，本發(fā)明詳細介紹)的結構式為：

二嵌段聚合物PEG-PCN(合成及表征方法同三嵌段聚合物)的結構式為：

一種可自催毀的嵌段聚合物，其特征在于該聚合物的結構式為下列之一：

a.三嵌段聚合物PEG-PCN-PEG，其結構式為：

b.二嵌段聚合物PEG-PCN，其結構式為：

其中m＝10～340，n＝12～24。

一種制備上述的可自催毀的嵌段聚合物的方法，其特征在于該方法的具體步驟為：

a.在惰性氣氛保護下，將2,2′—二硫代二乙醇基二(p-硝基苯基碳酸酯)DTDE-PNC和甲氧基聚乙二醇胺mPEG-NH₂溶于二氯甲烷與甲醇混合溶劑中，該混合溶劑中二氯甲烷與甲醇的體積比為9：1；室溫攪拌反應2～3小時，再加入1,3-二(4-哌啶基)丙烷(CN)；所述的mPEG-NH₂與CN和DTDE-PNC的摩爾比為2:15:16～2:31:32；室溫下反應2～3天；

b.在步驟a所得反應物中入甲氧基聚乙二醇胺或1,3-二(4-哌啶基)丙烷，其用量為步驟a中添加的1,3-二(4-哌啶基)丙烷的用量的10％，室溫下反應2～3天；

c.將步驟b所得反應液逐滴加入到去離子水中，室溫下攪拌2小時后，進行透析；

d.將步驟c所得透析產(chǎn)物放入-80℃超低溫冷凍箱中2小時，然后進行干燥，最終得到目標聚合物三嵌段聚合物PEG-PCN-PEG或者二嵌段聚合物PEG-PCN。

一種上述的可自催毀的嵌段聚合物的膠束的制備方法，其特征在于該方法的具體步驟為：將三嵌段聚合物PEG-PCN-PEG或者二嵌段聚合物溶于二甲亞砜DMSO中，配制成濃度為100mg/mL，室溫下攪拌過夜，然后攪拌下將其逐滴滴入10倍體積量的去離子水中,攪拌2小時后，進行透析，以去除DMSO，最終得到含有三嵌段聚合物膠束PEG-PCN-PEG或者二嵌段聚合物膠束PEG-PCN的透析液。

本發(fā)明中膠束的制備是采用透析法，將所得到的嵌段聚合物溶于DMSO溶液中，氮氣保護，室溫下攪拌過夜，然后將其逐滴滴入去離子水中,邊滴加邊攪拌，然后裝入透析袋中(根據(jù)不同聚合物分子量的選擇合適的截留分子量)，在去離子水中透析一段時間，定期更換去離子水，以便能充分去除DMSO,最終得到含有聚合物膠束的透析液。制備得到的聚合物膠束溶液在室溫下可長期保存，能廣泛應用于藥物在戴河輸送等生物醫(yī)學的診斷和治療。

本發(fā)明方法的優(yōu)點和特點如下所述：

(1)自催毀嵌段聚合物合成過程簡單，可一鍋法制備得到，反應條件溫和，可控性強等特點；

(2)該新型自催毀嵌段聚合物可在水溶液中進行自組裝成親水外殼-疏水內(nèi)核的球形膠束；

(3)該聚合物膠束在氧化還原刺激下，通過自摧毀反應完全裂解成小分子化合物，提高材料的生物可降解性。

附圖說明

圖1(a)為本發(fā)明中自催毀二嵌段聚合物PEG-PCN合成路線圖；

圖1(b)為本發(fā)明中自催毀三嵌段聚合物PEG-PCN-PEG的合成路線圖；

圖2為本發(fā)明中PEG，PEG-PCN和PEG-PCN-PEG的GPC譜圖；

圖3為本發(fā)明中自催毀嵌段聚合物PEG-PCN和PEG-PCN-PEG的臨界膠束濃度圖；

圖4為本發(fā)明中自催毀三嵌段聚合物膠束PEG-PCN-PEG粒徑尺寸表征圖；

圖5為本發(fā)明中自催毀三嵌段聚合物膠束PEG-PCN-PEG在有無DTT的條件下粒徑變化；

圖6為本發(fā)明中自催毀三嵌段聚合物PEG-PCN-PEG自摧毀降解示意圖；

圖7為本發(fā)明中自催毀三嵌段聚合物膠束PEG-CN-PEG經(jīng)DTT處理后的HPLC-MS圖；

具體實施方式

現(xiàn)將本發(fā)明的具體實施例敘述于后。

實施例：本實施例中的過程和步驟如下所述：

1.自催毀三嵌段聚合物PEG-PCN-PEG的制備

稱取1.0g 2,2′—二硫代二乙醇基二(p-硝基苯基碳酸酯)(簡稱DTDE-PNC)(2.070mmol)，放入圓底燒瓶中，向其中加入2mL二氯甲烷與甲醇的混合液(體積比為9：1)，在氮氣保護下，加入轉(zhuǎn)子攪拌直至化合物完全溶解；稱取甲氧基聚乙二醇胺664.9mg(0.129mmolmPEG-NH₂)溶解在2mL二氯甲烷與甲醇的混合液(體積比為9：1)中，逐滴加入到上述燒瓶內(nèi)，氮氣保護下室溫攪拌反應2小時；稱取434.8mg 1,3-二(4-哌啶基)丙烷(2.005mmol)溶于200μL混合液(二氯甲烷與甲醇的體積比為9：1)中，氮氣保護下室溫下反應3天；最后在反應物中加入1067.0mg甲氧基聚乙二醇胺(0.207mmol)，室溫下反應2天。

將上述反應液逐滴加入到100mL去離子水(pH＝7.4)中，室溫下攪拌2小時后，放入MWCO10000透析袋中(根據(jù)分子量的不同擇需選擇透析袋，此處目標聚合物分子量為15000，所以用10000的透析袋)，在5000mL的去離子水(pH＝7.4)中透析3天，每隔8小時換水一次。將透析產(chǎn)物放入-80℃超低溫冷凍箱中2小時，然后放入真空冷凍干燥機中進行干燥，得到目標聚合物PEG-PCN-PEG。

2.自催毀三嵌段聚合物膠束PEG-PCN-PEG的制備

本發(fā)明中膠束的制備是采用透析法，稱取三嵌段聚合物(PEG-PCN-PEG)200mg溶于2.0mL的DMSO溶液中，室溫下攪拌過夜(轉(zhuǎn)速為680r/min)，然后將其逐滴滴入2.0mL的去離子水中(pH＝7.4),邊滴加邊攪拌(轉(zhuǎn)速為820r/min)，攪拌2小時后，裝入透析袋中(根據(jù)不同聚合物分子量的選擇合適的截留分子量，此處是PEG-PCN-PEG分子量為15000，所以用截留分子量為10000的透析袋)，在5000mL的去離子水中(pH＝7.4)透析72小時，每隔8小時換水一次，以便能充分去除DMSO,得到含有PEG-PCN-PEG膠束的溶液。

三嵌段聚合物PEG-PCN的制備方法與三嵌段聚合物PEG-PCN-PEG相似，所不同的是將最終加入的甲氧基聚乙二醇胺改為1,3-二(4-哌啶基)丙烷。

3.結論：

圖2為反應前聚合物PEG以及反應后嵌段聚合物PEG-PCN及PEG-PCN-PEG的GPC譜圖。由圖可見，聚合物均為單一峰，峰形對稱，PEG-PCN的流出時間比PEG要小，說明PEG-PCN的分子量比PEG要大，說明PCN成功連接到PEG上；此外PEG-PCN-PEG比PEG-PCN的流出時間要小，說明PEG-PCN-PEG的分子量比PEG-PCN要大，因為PEG-PCN-PEG比PEG-PCN多出一個嵌段PEG，綜合說明根據(jù)投入的封裝端基不同可以得到不同嵌段的聚合物。

圖3為制備得到2種聚合物均能在較低的濃度下(8.5～30.2μg/mL)形成膠束，通過改變聚合物的組分和疏水部分聚氨酯(polyurethane，PU)質(zhì)量百分比(即：疏水嵌段的嵌段數(shù))可以調(diào)節(jié)其CMC。例如：同樣疏水嵌段分子量相同時，三嵌段聚合物PEG-PCN-PEG的CMC高于其對應的兩嵌段聚合物PEG-PCN。我們可以發(fā)現(xiàn)聚合物的疏水部分聚氨酯質(zhì)量百分比越大，結構基團親水性越小，聚合物的CMC越低，更適用于作為載體用于藥物載帶。

圖4利用DLS和TEM測定和觀察膠束的粒徑大小和形貌。以PEG-PNN-PEG膠束為例，三嵌段聚合物粒子呈均勻的球形外貌結構，尺寸較為均一，在80-100nm左右；而DLS測量得到膠束的水合粒徑直徑(R_h)為76.1nm，與TEM得到的數(shù)據(jù)較為一致。

圖5為了測定聚合物膠束在不同環(huán)境中的穩(wěn)定性，我們用含有10mM DTT的溶液來處理三嵌段聚合物膠束PEG-PCN-PEG，觀察膠束隨時間的粒徑大小變化，沒有10mM DTT的溶液培養(yǎng)的膠束作為空白對照。由圖5(a)可見，PEG-PCN-PEG膠束在10mM的DTT溶液中，膠束粒徑隨著時間的增加而逐漸變大，DLS顯示在2小時的時候，膠束的DLS曲線出現(xiàn)了兩個鼓包，說明一部分膠束粒徑已經(jīng)發(fā)生變化，由原來的76nm增大到450nm，這是因為聚合物在氧化還原條件下發(fā)生了降解，裂解后的膠束發(fā)生溶脹，導致粒徑尺寸變大。6小時后，更多的膠束發(fā)生降解，原有的親水-親油平衡被進一步打破，降解后的聚合物片段重新自組裝團聚，形成了200nm尺寸的膠束；12小時后，重新自組裝形成的膠束進一步降解和溶脹，膠束粒徑變?yōu)?00nm左右。而與在PBS中的空白對照組相比，由圖5(b)可見，僅有很少一部分PEG-PCN-PEG膠束發(fā)生溶脹，大部分膠束粒徑在24h內(nèi)沒有發(fā)生明顯的變化。

圖7為了進一步證實氧化還原引發(fā)的聚合物降解是一個自摧毀的過程，我們用液-質(zhì)聯(lián)用色譜分離檢測產(chǎn)物。如圖7所示，降解產(chǎn)物經(jīng)HPLC得到良好的分離，我們將含量最多的分離產(chǎn)物進行質(zhì)譜分析，測定得到產(chǎn)物的分子量為211，表明聚合物的降解產(chǎn)物中含有原來用于縮聚反應的單體CN，證明該PEG-CN-PEG聚合物膠束的降解過程是一個自摧毀的過程(示意圖6)。