本發(fā)明屬于化工及新材料技術(shù)領域，具體涉及一種pH響應性動態(tài)殼交聯(lián)聚合物納米粒子及其制備方法。

背景技術(shù)：

具有環(huán)境響應性的智能聚合物納米粒子，由于在生物醫(yī)藥領域如醫(yī)學診斷、生物影像和藥物傳遞等方面得到廣泛的應用，引起人們極大的研究興趣。通常，環(huán)境響應性的智能聚合物納米粒子是在具有溫度或pH響應性嵌段共聚物膠束的基礎上制備的。然而，聚合物膠束穩(wěn)定性較差，而且常見的刺激響應性嵌段共聚物在結(jié)構(gòu)和響應性等方面也具有局限性，這在很大程度上限制了這種聚合物納米粒子的實際應用。最近，基于動態(tài)共價鍵構(gòu)筑剌激響應性納米粒子作為一種有效的方法引起人們的關注。通過在聚合物納米粒子的殼層聚合物鏈上或鏈之間引入動態(tài)共價鍵可以得到一系列具有環(huán)境響應性和適應性的聚合物材料，而且交聯(lián)鍵的引入可以顯著提高聚合物膠束的穩(wěn)定性。

動態(tài)共價鍵也可稱之為可逆化學鍵，這種化學鍵在外部環(huán)境的刺激下可發(fā)生形成與斷裂動態(tài)變化。將動態(tài)共價鍵的可逆性質(zhì)應用于聚合物材料的設計可以保留動態(tài)化學鍵的可逆性，而且相比于非共價鍵形成的超分子化合物，動態(tài)共價鍵具有更好的化學穩(wěn)定性?；谶@一思想，各種化學組成中含有熱響應性的烷氧基胺鍵、狄爾斯-阿爾德鍵、酰腙鍵、硼酸酯鍵以及二硫鍵的智能型聚合物納米粒子被成功制備。中國專利CN201210199661.2報道了一種溫度和pH敏感性的殼交聯(lián)聚合物膠束的制備方法，通過可逆-加成斷裂鏈轉(zhuǎn)移聚合法合成一種具有溫度和pH敏感性的兩嵌段共聚物，再利用小分子二醛或二酸對自組裝形成的聚合物膠束的殼層結(jié)構(gòu)進行部分交聯(lián)而成。利用小分子交聯(lián)劑對膠束殼層結(jié)構(gòu)進行部分交聯(lián)，在保證聚合物膠束穩(wěn)定的前提下。制備方法具有可行性強、操作簡便、可使膠束重復利用等特點。McCormick等人利用pH調(diào)控下的氨基與醛基形成亞胺可逆化學鍵制備了動態(tài)殼交聯(lián)聚合物納米膠束[Macromolecules, 2011, 44, 1327]。Sumerlin等人通過兩步RAFT聚合合成了聚(3-丙烯酰胺基苯硼酸)-b-聚(N-異丙基丙烯酰胺)嵌段共聚物，并利用該嵌段共聚物自組裝制備了pH、熱、糖三重響應性的聚合物納米粒子[Chemical Communications, 2008, 21, 2477]。隨后，該研究小組制備了另一種聚(N,N-二甲基丙烯酰胺)-b-聚(丙烯酰胺基苯硼酸)嵌段共聚物膠束，利用二醇或三醇對苯硼酸鏈段的交聯(lián)反應制備了含有可逆硼酸酯鍵的星形聚合物納米粒子[Journal of the American Chemical Society, 2011, 133, 19832]。Wooley等人合成了一種具有苯硼酸基和氨基雙官能團的聚(3-丙烯酰胺基苯硼酸)-b-聚(乙二胺丙烯酰胺)，并組裝形成動態(tài)交聯(lián)的核殼結(jié)構(gòu)聚合物納米粒子[Polymer Chemistry, 2012, 3, 3146]。然而，上面提到的專利或文獻中聚合物納米粒子的制備均是首先合成嵌段共聚物，然后利用嵌段共聚物在選擇性溶劑中自組裝形成聚合物納米粒子。眾所周知，嵌段共聚物在選擇性溶劑中的組裝只在聚合物濃度較稀(小于1%)的條件下發(fā)生，這導致制備殼交聯(lián)聚合物膠束產(chǎn)量低下。

近年來，聚合誘導自組裝方法被廣泛研究，并用于聚合物納米粒子的批量制備。這種方法是利用“一鍋法”加入可溶劑化的大分子RAFT（Macro-RAFT）試劑、引發(fā)劑和聚合單體，通過異相RAFT聚合原位形成嵌段共聚物并組裝形成聚合物納米粒子，聚合物納米粒子的濃度可以高達30%。目前，國內(nèi)外還沒有關于利用聚合誘導自組裝方法制備pH響應性動態(tài)殼交聯(lián)聚合物納米粒子的公開文獻報道和專利申請。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種pH響應性動態(tài)殼交聯(lián)聚合物納米粒子的制備方法。

本發(fā)明提出的一種pH響應性動態(tài)殼交聯(lián)聚合物納米粒子的制備方法在于利用兩種嵌段型Macro-RAFT試劑同時調(diào)介下的分散聚合，通過聚合誘導自組裝方法制備核-殼-冠型聚合物納米粒子。該納米粒子的殼層化學結(jié)構(gòu)中含有苯硼酸和縮酮基團，二者在pH調(diào)控下可形成可逆硼酸酯鍵的化學反應。從而，制備出具有pH響應性動態(tài)殼交聯(lián)聚合物納米粒子。

本發(fā)明提出一種pH響應性動態(tài)殼交聯(lián)聚合物納米粒子的制備方法，具體步驟如下：

(1) 親水性聚合物的合成

以三硫代碳酸酯為小分子可逆-加成斷裂鏈轉(zhuǎn)移(RAFT)試劑，偶氮二異丁腈(AIBN)為引發(fā)劑，通過親水性單體在有機溶劑中的溶液RAFT聚合，合成分子量可控末端含有三硫代碳酸酯基團的親水性聚合物；

(2) 親水性聚合物-b-聚(3-丙烯酰胺基苯硼酸)的合成

以合成的末端含有三硫代碳酸酯基團的親水性聚合物為Macro-RAFT試劑，AIBN為引發(fā)劑，3-丙烯酰胺基苯硼酸為擴鏈單體，于有機溶劑中通過溶液RAFT聚合，合成含有三硫代碳酸酯基團的親水性聚合物-b-聚(3-丙烯酰胺基苯硼酸)嵌段共聚物；

(3) 親水性聚合物-b-聚(2,2-二甲基-5-乙基-1,3-二氧六環(huán))丙烯酸甲酯的合成

以合成的末端含有三硫代碳酸酯基團的親水性聚合物為Macro-RAFT試劑，AIBN為引發(fā)劑，2,2-二甲基-5-乙基-1,3-二氧六環(huán)單體為擴鏈單體，于有機溶劑中通過溶液RAFT聚合，合成含有三硫代碳酸酯基團的親水性聚合物-b-聚(2,2-二甲基-5-乙基-1,3-二氧六環(huán))丙烯酸甲酯嵌段共聚物；

(4) 分散聚合合成多組分“核-殼-冠”聚合物納米粒子

以上述方法合成的含有三硫代碳酸酯基團的親水性聚合物-b-聚(3-丙烯酰胺基苯硼酸)嵌段共聚物和含有三硫代碳酸酯基團的親水性聚合物-b-聚(2,2-二甲基-5-乙基-1,3-二氧六環(huán))丙烯酸甲酯嵌段共聚物為Macro-RAFT試劑，AIBN為引發(fā)劑，選取醇或醇水混合物為分散溶劑，通過兩種Macro-RAFT試劑共同調(diào)介下的疏水單體分散RAFT聚合，合成親水性聚合物-b-聚(3-丙烯酰胺基苯硼酸)-b-疏水性聚合物/親水性聚合物-b-聚(2,2-二甲基-5-乙基-1,3-二氧六環(huán))丙烯酸甲酯-b-疏水性聚合物多組分三嵌段共聚物混合物，由于溶解性的差別，聚合誘導三嵌段共聚物混合物發(fā)生原位自組裝并形成多組分“核-殼-冠”聚合物納米粒子；

(5) 動態(tài)殼交聯(lián)“核-殼-冠”聚合物納米粒子的制備

所述的多組分“核-殼-冠”聚合物納米粒子中，核”由疏水性聚合物鏈段組成，“殼”層聚合物側(cè)基中同時含有聚苯硼酸和聚縮酮鏈段，“冠”層為親水性聚合物鏈段，殼層聚縮酮鏈段在酸性條件下能夠發(fā)生水解形成雙羥基基團，雙羥基基團與苯硼酸基團在pH調(diào)控下能夠形成可逆化學鍵，因而制備出動態(tài)殼交聯(lián)“核-殼-冠”聚合物納米粒子。

本發(fā)明中，步驟(1)所述的三硫代碳酸酯是S-正十二烷基-S’-(2-甲基-2-丙酸基)三硫代碳酸酯、S-乙烷基-S'-（2,2-二甲基-2-丙酸基）三硫代碳酸酯、S,S’-雙(2-甲基-2-丙酸基)三硫代碳酸酯中一種或者兩種；所述親水性單體是丙烯酸、N,N-二甲基丙烯酰胺、甲基丙烯酸、丙烯酰胺、丙烯酸羥乙酯、丙烯酸縮水甘油酯中一種或者兩種；步驟(1)，(2)，(3)中所述的有機溶劑是甲苯、四氫呋喃、N,N-二甲基甲酰胺、正己烷或二氧六烷中一種或者兩種。

本發(fā)明中，步驟(4)所述疏水性單體是苯乙烯、甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸丁酯、甲基丙烯酸叔丁酯中一種或者兩種；步驟(4)中所述的醇或醇水混合物可以是甲醇、乙醇、丙醇、丁醇或者是醇和水的混合溶劑(醇水比大于70:30)。

本發(fā)明中，如權(quán)利要求1所述一種pH響應性動態(tài)殼交聯(lián)聚合物納米粒子，能夠高效地包裹各種難溶性藥物，適用于抗癌藥物的體內(nèi)傳輸、基因載體等生物醫(yī)藥領域。

與現(xiàn)有的技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點是：1）本發(fā)明利用活性聚合與分散聚合相結(jié)合的方法，在醇/水相中制備三嵌段共聚物聚合物納米粒子，不僅聚合物分子量多分散系數(shù)小，聚合物納米粒子的尺寸均一，而且具有良好的環(huán)保性；2）本發(fā)明通過聚合誘導自組裝方法制備聚合物納米粒子，聚合物納米粒子相比于傳統(tǒng)的聚合物膠束具有良好的穩(wěn)定性，而且反應產(chǎn)率高，聚合物濃度可以高達30%，相比于傳統(tǒng)的通過嵌段共聚合物自組裝制備聚合物膠束（聚合物濃度小于1%），具有明顯優(yōu)勢；3）本發(fā)明制備的聚合物納米粒子具有“核-殼-冠”結(jié)構(gòu)，“核”能夠?qū)崿F(xiàn)疏水性藥物的包裹，“殼”層聚合物可發(fā)生動態(tài)交聯(lián)，實現(xiàn)藥物分子的可控釋放，“冠”層聚合物起到穩(wěn)定聚合物納米粒子的作用。而且可發(fā)生動態(tài)化學反應的基團被同時固定在殼層中，通過控制體系的pH值實現(xiàn)聚合物納米粒子殼層的動態(tài)交聯(lián)，相比于外交小分子交聯(lián)劑的方法，本方法更容易實現(xiàn)單個粒子的殼層交聯(lián)，操作性更強。

附圖說明

圖1是三嵌段共聚物合成的化學反應式。

圖2是聚合誘導自組裝方法制備“核-殼-冠”聚合物納米粒子的合成示意圖。

圖3是Macro-RAFT試劑的核磁氫譜圖。

圖4是實例1制備的多組分核-殼-冠聚合物納米粒子的紅外光譜圖。

圖5是實例1制備的多組分核-殼-冠聚合物納米粒子的透射電鏡圖。

圖6是實例1制備的多組分核-殼-冠聚合物納米粒子在不同pH水溶液中的粒徑分布圖。

圖7是實例2制備的多組分核-殼-冠聚合物納米粒子的透射電鏡圖。

圖8是實例3制備的多組分核-殼-冠聚合物納米粒子的透射電鏡圖。

圖9是對比例1制備的多組分核-殼-冠聚合物納米粒子的透射電鏡圖。

圖10是對比例2制備的多組分核-殼-冠聚合物納米粒子的透射電鏡圖。

具體實施方式

下面對本發(fā)明實施例中的技術(shù)方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發(fā)明一部分實施例，而不是全部的實施例?；诒景l(fā)明中的實施例，本領域普通技術(shù)人員在沒有作出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發(fā)明保護的范圍。

本發(fā)明公開了利用兩種嵌段型Macro-RAFT試劑同時調(diào)介下的分散聚合，通過聚合誘導自組裝方法制備具有核-殼-冠結(jié)構(gòu)pH響應性動態(tài)殼交聯(lián)聚合物納米粒子及其制備方法。為了進一步說明本發(fā)明的技術(shù)方案，下面結(jié)合實施例對本發(fā)明優(yōu)選實施方案進行描述，但是應當理解，這些描述只是為進一步說明本發(fā)明的特征和優(yōu)點，而不是對本發(fā)明權(quán)利要求的限制。

實施例1：聚N,N-二甲基丙烯酰胺-b-聚(3-丙烯酰胺基苯硼酸)-b-聚苯乙烯/聚N,N-二甲基丙烯酰胺-b-(2,2-二甲基-5-乙基-1,3-二氧六環(huán))丙烯酸甲酯-b-聚苯乙烯“核-殼-冠”聚合物納米粒子的制備

聚N,N-二甲基丙烯酰胺-b-聚(3-丙烯酰胺基苯硼酸)-b-聚苯乙烯/聚N,N-二甲基丙烯酰胺-b-(2,2-二甲基-5-乙基-1,3-二氧六環(huán))丙烯酸甲酯-b-聚苯乙烯“核-殼-冠”聚合物納米粒子的合成化學方程式及示意圖分別如圖1，2所示，合成包括以下步驟：

(1) 聚N,N-二甲基丙烯酰胺的合成

將N,N-二甲基丙烯酰胺單體(10.0 g，0.10 mol)、鏈轉(zhuǎn)移劑S-乙烷基-S'-(2,2-二甲基-2-丙酸基)三硫代碳酸酯(0.37 g，1.65 mmol)以及引發(fā)劑偶氮二異丁腈(0.012 g，7.50 × 10^-2 mmol)溶于將N,N-二甲基丙烯酰胺單體(10.0 g，0.10 mol)、鏈轉(zhuǎn)移劑S-乙烷基-S'-(2,2-二甲基-2-丙酸基)三硫代碳酸酯(0.37 g，1.65 mmol)以及引發(fā)劑偶氮二異丁腈(0.012 g，7.50 × 10^-2 mmol)溶于20 mL二氧六環(huán)中，攪拌混合均勻,并使其處于氮氣氛下，體系中N,N-二甲基丙烯酰胺單體、鏈轉(zhuǎn)移劑和引發(fā)劑的摩爾比為60:1:0.05，攪拌反應4小時，反應體系的溫度為70℃，得到末端含有三硫代碳酸酯基團的聚N,N-二甲基丙烯酰胺，核磁氫譜圖如圖3A所示；

(2) 聚N,N-二甲基丙烯酰胺-b-聚(3-丙烯酰胺基苯硼酸)的合成

稱取步驟(1)所制得的聚N,N-二甲基丙烯酰胺(1.50 g，0.25 mmol)、3-丙烯酰胺基苯硼酸單體(3.34 g，17.50 mmol)、偶氮二異丁腈(4.1 mg，2.50 × 10^-2 mmol)，溶解于20 mL N,N-二甲基甲酰胺/水的混合溶劑中，體系中3-丙烯酰胺基苯硼酸、聚N,N-二甲基丙烯酰胺和引發(fā)劑的摩爾比為70:1:0.1，氮氣氛下攪拌反應1小時，反應體系的溫度為65℃，得到末端含有三硫代碳酸酯基團的聚N,N-二甲基丙烯酰胺-b-聚(3-丙烯酰胺基苯硼酸)嵌段共聚物，核磁氫譜圖如圖3B所示；

(3) 聚N,N-二甲基丙烯酰胺-b-聚(2,2-二甲基-5-乙基-1,3-二氧六環(huán))丙烯酸甲酯的合成

稱取步驟(1)所制得的親水性聚合物(1.20 g，0.20 mmol)、2,2-二甲基-5-乙基-1,3-二氧六環(huán)單體(3.20 g，14.00 mmol)、偶氮二異丁腈(3.3 mg，0.02 mmol)，溶解于20 mL 1,4-二氧六環(huán)中，體系中聚(N,N-二甲基丙烯酰胺)、2,2-二甲基-5-乙基-1,3-二氧六環(huán)和引發(fā)劑的摩爾比為70:1:0.1，氮氣氛下攪拌反應1.5小時，反應體系的溫度為70℃，得到末端含有三硫代碳酸酯基團的聚N,N-二甲基丙烯酰胺-b-聚(2,2-二甲基-5-乙基-1,3-二氧六環(huán))丙烯酸甲酯嵌段共聚物，核磁氫譜圖如圖3C所示；

(4) 分散聚合合成多組分“核-殼-冠”聚合物納米粒子

分別稱取0.944 g步驟(2)所制得的聚N,N-二甲基丙烯酰胺-b-聚(3-丙烯酰胺基苯硼酸)嵌段共聚物，約0.08 mmol，0.8 g步驟(3)所制得的聚N,N-二甲基丙烯酰胺-b-聚(2,2-二甲基-5-乙基-1,3-二氧六環(huán))丙烯酸甲酯嵌段共聚物，約0.08 mmol，疏水單體苯乙烯(5.0 g，48 mmol)，偶氮二異丁腈4.5 mg (2.67×10^-2 mmol)，溶解于33.3 g甲醇-水(85/15 v/v)溶劑中，體系中單體、Macro-RAFT試劑和引發(fā)劑的摩爾比為1800:3:3:1，單體占溶劑的質(zhì)量分數(shù)為15%，氮氣氛下攪拌反應24小時，反應體系的溫度為70~80℃，通過聚合誘導自組裝過程得到多組分“核-殼-冠”聚合物納米粒子。反應完畢后，將反應液首先于甲醇中透析，然后于去離子水中透析，除去未反應完的單體及有機溶劑，得到多組分“核-殼-冠”聚合物納米粒子在水中分散的懸濁液，核-殼-冠”聚合物納米粒子的紅外光譜圖和透射電鏡(TEM)圖，分別如圖4、5所示，核-殼-冠”聚合物納米粒子平均尺寸為34 nm；

(5) pH調(diào)控“核-殼-冠”聚合物納米粒子的動態(tài)殼交聯(lián)

將步驟(4)制得的聚合物納米粒子置于單口瓶中，然后加入無機酸調(diào)節(jié)體系pH值至1.0，體系于50℃下攪拌反應12 h，使核-殼-冠”聚合物納米粒子中殼層的縮酮基團水解形成雙羥基基團。將新得到的核-殼-冠”聚合物納米粒子懸濁液稀釋至1.0 mg/mL，然后逐滴加入醋酸或三乙胺調(diào)節(jié)體系的pH值，即得到一種動態(tài)殼交聯(lián)的聚合物納米粒子，其中pH在3.8~7.0之間，聚合物納米粒子發(fā)生殼交聯(lián)，pH＞7.0或pH＜3.8時，殼層發(fā)生解交聯(lián)，如圖6所示。

實施例2：

其他條件與實例1相同，不同之處將甲醇-水(85/15 v/v)溶劑的量調(diào)整為50.0 g，單體占溶劑的質(zhì)量分數(shù)為10%。紅外光譜、核磁氫譜、透射電鏡及納米粒度儀證明成功制備動態(tài)殼交聯(lián)聚合物納米粒子，其中制備的平均尺寸為26 nm的“核-殼-冠”聚合物納米粒子TEM圖片如圖7所示。

實施例3：

其他條件與實例1相同，不同之處將甲醇-水(85/15 v/v)溶劑的量調(diào)整為25.0 g，單體占溶劑的質(zhì)量分數(shù)為20%。紅外光譜、核磁氫譜、透射電鏡及納米粒度儀證明成功制備動態(tài)殼交聯(lián)聚合物納米粒子，其中制備的平均尺寸為37 nm的“核-殼-冠”聚合物納米粒子TEM圖片如圖8所示。

實施例4：

其他條件與實例1相同，不同之處體系中單體、Macro-RAFT試劑和引發(fā)劑的摩爾比為1200:3:3:1，紅外光譜、核磁氫譜、透射電鏡及納米粒度儀證明成功制備動態(tài)殼交聯(lián)聚合物納米粒子。

實施例5：

其他條件與實例1相同，不同之處體系中單體、Macro-RAFT試劑和引發(fā)劑的摩爾比為2400:3:3:1，紅外光譜、核磁氫譜、透射電鏡及納米粒度儀證明成功制備動態(tài)殼交聯(lián)聚合物納米粒子。

對比例1：

其他條件與實例1相同，步驟(4)中選取單一的聚N,N-二甲基丙烯酰胺-b-聚(3-丙烯酰胺基苯硼酸)嵌段共聚物為Macro-RAFT試劑，單體、Macro-RAFT試劑和引發(fā)劑的摩爾比為1800:3:1，所制備的平均尺寸為43 nm的“核-殼-冠”聚合物納米粒子TEM圖片如圖9所示，納米粒度儀表征顯示殼層中只含有苯硼酸基團的“核-殼-冠”聚合物納米粒子，不具備動態(tài)殼交聯(lián)特征。

對比例2：

其他條件與實例1相同，步驟(4)中選取單一的聚N,N-二甲基丙烯酰胺-b-聚(2,2-二甲基-5-乙基-1,3-二氧六環(huán))丙烯酸甲酯嵌段共聚物為Macro-RAFT試劑，單體、Macro-RAFT試劑和引發(fā)劑的摩爾比為1800:3:1，所制備平均尺寸為28 nm的“核-殼-冠”聚合物納米粒子TEM圖片如圖10所示，納米粒度儀表征顯示殼層中只含有苯硼酸基團的“核-殼-冠”聚合物納米粒子，不具備動態(tài)殼交聯(lián)特征。

對所公開的實施例的上述說明，使本領域?qū)I(yè)技術(shù)人員能夠?qū)崿F(xiàn)或使用本發(fā)明。對這些實施例的多種修改對本領域的專業(yè)技術(shù)人員來說將是顯而易見的，本文中所定義的一般原理可以在不脫離本發(fā)明的精神或范圍的情況下，在其它實施例中實現(xiàn)。因此，本發(fā)明將不會被限制于本文所示的這些實施例，而是要符合與本文所公開的原理和新穎特點相一致的最寬范圍。