基于β-環(huán)糊精的pH響應(yīng)星形聚合物及膠束和復(fù)合材料的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于生物醫(yī)用高分子聚合物材料技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種基于β -環(huán)糊精 的兩親性PH響應(yīng)星形聚合物及其制備方法，及基于其的膠束系統(tǒng)和復(fù)合材料與應(yīng)用。
【背景技術(shù)】
[0002] 《2014年世界癌癥報告》指出目前全球癌癥負擔不斷加重，未來20年每年新發(fā)癌 癥病例將達到2200萬，同期癌癥死亡數(shù)將上升到1300萬例。早發(fā)現(xiàn)、早診斷和早治療是該 報告提出的有效遏制癌癥危機的措施之一。從研究現(xiàn)狀來看，缺乏高靈敏度診斷及低毒副 作用的治療方法仍是當今醫(yī)學(xué)面臨的最大挑戰(zhàn)之一。納米藥物輸送系統(tǒng)的發(fā)展給癌癥治療 提供了新手段，不僅能提高藥物利用度，減少藥物的降解及損失，同時能降低藥物的毒副作 用，減少對正常組織的傷害。因此納米科學(xué)、高分子科學(xué)以及分子影像學(xué)的有機結(jié)合，發(fā)展 出一類診療一體化的納米藥物，為癌癥診斷與治療提供了新方法。
[0003] X-射線斷層掃描（CT)是目前醫(yī)學(xué)中應(yīng)用廣泛的診斷成像技術(shù)。在非金屬原子中， 碘具有很好的X-射線衰減強度，因此現(xiàn)階段用于CT成像的造影劑主要是基于碘的小分子 化合物，如歐乃派克等。但是這一類型小分子造影劑成像時間短、特異性差，而且對腎臟具 有一定毒副作用。金納米粒子作為造影劑可以克服這些缺陷，因此關(guān)于金納米粒子作為造 影劑用于CT成像的研究越來越受到關(guān)注。然而金納米粒子比表面積大、活性高、易團聚，限 制了其應(yīng)用。采用聚合物作為穩(wěn)定劑制備金納米粒子能有效防止其團聚，因而得到粒徑和 形貌可控的金納米粒子。
[0004] 兩親性聚合物在水溶液中通過自組裝形成的核/殼結(jié)構(gòu)膠束，其疏水內(nèi)核用于包 載疏水性藥物，親水外殼在內(nèi)核與溶液之間提供穩(wěn)定的保護層，避免膠束顆粒之間互相聚 集，保護藥物活性，同時降低藥物對正常組織和細胞的毒副作用，因此其作為抗癌藥物載體 受到各國研究者的普遍關(guān)注。但在外界條件改變（如溶液稀釋）時，這種線形嵌段或者接 枝聚合物自組裝膠束可能發(fā)生解離，導(dǎo)致金納米粒子團聚。
[0005] 星形聚合物單分子膠束的特點是每一聚合物分子為一個膠束，其結(jié)構(gòu)非常穩(wěn)定， 不受濃度、溫度、pH等影響，聚合物親疏水嵌段組成和膠束粒徑可靈活調(diào)節(jié)，既能作為納米 反應(yīng)器制備、穩(wěn)定金屬納米粒，同時獨特的核殼結(jié)構(gòu)可高效負載及釋放抗癌藥物，因此是一 種極具價值的診療一體化納米藥物載體。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)的缺點與不足，本發(fā)明的首要目的在于提供一種基于 β -環(huán)糊精的兩親性PH響應(yīng)星形聚合物。該聚合物的結(jié)構(gòu)為：疏水β -環(huán)糊精、疏水D-丙 交酯、pH響應(yīng)甲基丙烯酸二甲氨基乙酯和親水甲基丙烯酸2-乙基-2-惡唑啉酯依次聚合 得到兩親性PH響應(yīng)星形聚合物。
[0007] 本發(fā)明另一目的在于提供上述基于β -環(huán)糊精的兩親性pH響應(yīng)星形聚合物的制 備方法。該方法首先通過陽離子開環(huán)聚合得到親水大分子單體甲基丙烯酸2-乙基-2-惡 唑啉酯（EtOxMA)，然后通過β-環(huán)糊精（β-CD)與丙交酯（D，L-LA)之間的開環(huán)聚合得到 β-CD-(PLA) 21，最后以2-溴異丁酰溴為引發(fā)劑，依次引發(fā)β-CD-(PLA) 21與甲基丙烯酸二甲 氨基乙酯（DMAEMA)、甲基丙烯酸2-乙基-2-惡唑啉酯（EtOxMA)之間的電子轉(zhuǎn)移活化再生 原子轉(zhuǎn)移自由基聚合反應(yīng)（ARGET ATRP)，合成得到兩親性pH響應(yīng)星形聚合物（β -CD- (PLA -PDMAEMA-PEtOxMA) 21) 〇
[0008] 本發(fā)明再一目的在于提供上述基于β -環(huán)糊精的兩親性pH響應(yīng)星形聚合物在還 原、穩(wěn)定納米金中的應(yīng)用。
[0009] 本發(fā)明再一目的在于提供一種基于上述基于β -環(huán)糊精的兩親性pH響應(yīng)星形聚 合物的負載納米金的復(fù)合材料。本發(fā)明的基于β-環(huán)糊精的兩親性PH響應(yīng)星形聚合物中， 聚甲基丙烯酸二甲氨基乙酯（PDMEM)鏈段具有親水性和陽離子性，且由于分子鏈中含有 叔胺基，N原子上的孤對電子具有配位還原性，可作為還原劑和捕獲劑，捕獲金離子，將金離 子原位還原為金原子，最終形成穩(wěn)定的納米金復(fù)合材料。
[0010] 本發(fā)明再一目的在于提供上述負載納米金的復(fù)合材料在CT成像中的應(yīng)用。
[0011] 本發(fā)明再一目的在于提供一種基于上述基于β -環(huán)糊精的兩親性pH響應(yīng)星形聚 合物的單分子膠束系統(tǒng)。本發(fā)明的兩親性PH響應(yīng)星形聚合物，溶于溶劑中可制備得到內(nèi)層 為β -環(huán)糊精連接的疏水嵌段、中間層為pH響應(yīng)嵌段、外殼為親水嵌段的納米級聚合物單 分子膠束系統(tǒng)。
[0012] 本發(fā)明的再一目的在于提供上述膠束系統(tǒng)在裝載水難溶性藥物中的應(yīng)用，特別是 水難溶性抗癌藥物（如阿霉素）的裝載。在腫瘤組織弱酸性條件（pH 5~6. 5)下，pH響 應(yīng)基團質(zhì)子化表現(xiàn)為親水性，膠束發(fā)生溶脹，從而實現(xiàn)被包載藥物的快速、可控釋放。若被 包載藥物含有氨基（如阿霉素），則氨基的質(zhì)子化作用使其溶解性增強，擴散加快，是實現(xiàn) 藥物控制釋放的另一重要因素。
[0013] 本發(fā)明的目的通過下述方案實現(xiàn)：
[0014] -種基于β -環(huán)糊精的兩親性pH響應(yīng)星形聚合物，具有如下式（一）所示結(jié)構(gòu)：
[0015]
[0016] 其中，X = 3 ~20, y = 2 ~30, z = 5 ~35, η = 2 ~10。
[0017] 本發(fā)明的兩親性pH響應(yīng)星形聚合物命名為β -⑶-(PLA-PDMAEMA-PEtOxMA) 21。
[0018] 優(yōu)選地，本發(fā)明的兩親性pH響應(yīng)星形聚合物的數(shù)均分子量為49672~954735g/ mol 〇
[0019] 本發(fā)明提供了一種所述兩親性pH響應(yīng)星形聚合物的制備方法，包括以下具體步 驟：
[0020] (1)制備親水大分子單體（EtOxMA):將對甲基苯磺酸甲酯（MeTos)、單體2-乙 基-2-惡唑啉（EtOx)溶于溶劑中，加熱反應(yīng)，冷卻至室溫，加入甲基丙烯酸（MAA)和三乙 胺，繼續(xù)加熱反應(yīng)，得到親水大分子單體（EtOxMA);
[0021 ] (2)制備聚合物（β -CD- (PLA-OH) 21):將 β -環(huán)糊精（β -CD)、丙交酯（D，L-LA)和 還原劑Sn (Oct)2溶于溶劑中混合，加熱反應(yīng)，得到聚合物（β -⑶-(PLA-OH) 21)。
[0022] (3)制備大分子引發(fā)劑（β -CD- (PLA-Br) 21):將步驟⑵所制得的聚合物溶于溶劑 中，冰浴下加入三乙胺和引發(fā)劑2-溴異丁酰溴（BIBB)冰浴反應(yīng)后，繼續(xù)室溫反應(yīng)，得大分 子引發(fā)劑（β-CD-(PLA-Br) 21)。
[0023] (4)制備pH響應(yīng)聚合物（β -⑶-(PLA-PDMAEMA) 21):將步驟（3)所制得的大分 子引發(fā)劑和催化劑CuBr2溶于溶劑中，加入單體甲基丙烯酸二甲氨基乙酯（DMAEMA)、配體 1，1，4, 7, 10, 10-六甲基三乙烯四胺（HMTETA)，混合均勻后加入還原劑加熱反應(yīng)，得到pH響 應(yīng)聚合物（β -CD- (PLA-PDMAEMA) 21)。
[0024] (5)制備兩親性pH響應(yīng)星形聚合物：將步驟⑴所制得的親水大分子單體、步驟 ⑷所制得的pH響應(yīng)聚合物、配體HMTETA以及催化劑溶于溶劑中，混合均勻后加入還原劑， 加熱反應(yīng)，得到兩親性pH響應(yīng)星形聚合物（β -⑶-(PLA-PDMEM-PEtOxM) 21)。
[0025] 所述步驟⑴中反應(yīng)物的摩爾份數(shù)配方如下：
[0026] MeTos 1 份
[0027] EtOx 2 ~10 份
[0028] MAA 1. 2 ~3 份；
[0029] 所述步驟⑵中反應(yīng)物的摩爾份數(shù)配方如下：
[0030] β -CD 1 份
[0031] D, L-LA 63 ~420 份；
[0032] 所述步驟⑶中反應(yīng)物的摩爾份數(shù)配方如下：
[0033] 聚合物（β -CD- (PLA-OH) 21) 1 份
[0034] TEA 21 ~50 份
[0035] BIBB 21 ~50 份；
[0036] 所述步驟⑷中反應(yīng)物的摩爾份數(shù)配方如下：
[0037] 大分子引發(fā)劑（β -CD- (PLA-Br) 21) 1 份
[0038] DMAEMA 42 ~630 份
[0039] HMTETA 0· 8 ~1. 2 份；
[0040] 所述步驟（5)中反應(yīng)物的摩爾份數(shù)配方如下：
[0041] pH 響應(yīng)聚合物（β -CD- (PLA-PDMAEMA) 21) 1 份
[0042] EtOxMA 105 ~735 份
[0043] HMTETA 8 ~12 份。
[0044] 步驟⑴中所述的加熱反應(yīng)優(yōu)選指加熱至140~160°C反應(yīng)1~6min，優(yōu)選為微 波輻射下進行反應(yīng)。
[0045] 步驟（1)中所述的繼續(xù)加熱反應(yīng)優(yōu)選指加熱至60~90°C反應(yīng)15~24h。
[0046] 步驟（1)中所述的溶劑用于提供溶液反應(yīng)環(huán)境，可為本領(lǐng)域常用有機溶劑即可， 如甲苯、乙腈。
[0047] 步驟⑴中三乙胺的作用是與甲