一种多重响应聚合物微球药物载体材料及其制备方法
【技术领域】
[0001]本发明属于功能高分子材料领域，涉及一种多重响应聚合物微球药物载体材料及其制备方法。
【背景技术】
[0002]聚合物空心微球是一类具有中空结构的聚合物球体，粒径一般为纳米或微米级。其中空核区可以包埋大量分子，具有低密度、高比表面的特性，作为一种新型功能材料有着广阔的应用前景。这类材料可用作催化载体、微反应器和药物传递(如酶、蛋白质)等，还可以用作涂料的填料、化妆品行业抗紫外添加剂和手感改性剂等，成为材料领域中备受关注的研宄方向之一。
[0003]经典的聚合物空心微球的制备方法一般为一个先成球、然后去核的过程，工艺比较繁复，尤其是去核的过程使用高温或者使用有机溶剂或其他的化学手段，十分不利于包裹在其中的组分保持其稳定性。1998年Jenekhe等首次报道了柔性-刚性嵌段共聚物可在选择溶剂中的自组装直接形成空心微球。随后，江明院士又进一步发展了一系列柔性-刚性超分子组装的聚合物空心微球。但是这类刚性-柔性体系中的刚性链段均为含有苯环等多共轭结构，材料的生物相容性及降解性能较差，且自组装过程需要在有机溶剂中进行，限制了其在医学方面的应用。2010年，张晟课题组首次将环糊精的主客体包合应用到聚合物空心微球的设计与制备中，利用环糊精与聚乙二醇自组装体为刚性链段，构筑一种新型的、生物相容性优异的刚性-柔性聚合物体系，此体系可在水溶液中直接一步组装成聚合物空心微球。研宄表明:这类空心微球可成功的包裹天冬酰胺酶、葡萄糖氧化酶等生物分子，不仅包裹量大，还很好的起到了稳定和保护被包裹酶分子的作用。但遗憾的是，目前这种聚合物空心微球体系尚不能很好的响应外界环境的刺激，控制性的释放被包裹分子，没有达到药物缓释等领域更高的智能化要求。
[0004]近年来，具有刺激响应性的聚合物微球因其能够在特定刺激下经历一个可逆的物理或化学变化、并释放出包埋分子，使材料宏观性能转变成与外界条件相适应的新的状态，从而在药物的控制释放、基因传递等生物医用领域展现了诱人的应用前景，吸引了广大相关方面科学家的巨大兴趣。
[0005]目前来说，制备具有刺激响应性的聚合物胶束的方法主要分为两类。第一类是通过共价键将特定的刺激响应官能团引入到共聚物中来实现微球的刺激响应。第二类是O’ Reilly和Week’ s课题组提出了一种名叫“blockcopolymer-free”的方法来构筑“嵌段聚合物”。这类所谓“嵌段聚合物”由两种或三种均聚物通过非共价键连接在一起。非共价键较容易因为外界刺激发生“断裂”，从而导致这类所谓“嵌段聚合物”形成的聚合物微球发生瓦解。但是，目前的响应性非共价键聚合物微球的一个主要不足之处在于:其响应的因素较为单一，如对氧化剂敏感、葡萄糖敏感、电场敏感的空心微球体系报道的相对较少。特别是在医疗应用中，往往要求微球体系能针对体内的多种不同变化做出响应、药物释放，而当前的多重响应的非共价键微球绝大部分仅具有温度和pH双重响应性，不能满足实际应用的需求。
【发明内容】
[0006]针对现有技术的多重响应聚合物微球制备方法的研宄现状和不足，本发明的目的是提供一种同时具备氧化、葡萄糖和电场等多重敏感性的聚合物空心微球体系。该体系制备方法极为简单，环境响应性优越，生物医药领域潜在应用价值巨大。
[0007]本发明提供的多重响应聚合物空心微球，其具体技术方法如下:
[0008]利用环糊精与二茂铁基团间的特殊的响应式识别功能，构筑了如图1所示的响应性聚合物微球体系。首先聚合物微球的外壳是由带环糊精的亲水性聚合物构成的，内核部分是由二茂铁修饰的长链聚醚与α-环糊精构成的隧道状刚性结构自组装体，外壳与内核部分是通过环糊精与二茂铁的包合实现的。由于环糊精与二茂铁的包合具有电场、氧化剂响应性，即在电场阳极或氧化剂的作用下，可以将环糊精与二茂铁的包合结构打开，使得聚合物微球瓦解。同时，当微球体系中固定入葡萄糖氧化酶时，外界环境中存在的葡萄糖可以与葡萄糖氧化酶反应生成过氧化氢，刺激环糊精与二茂铁包合结构打开，微球瓦解。所以该聚合物微球同时具有电场、氧化剂和葡萄糖三重响应性。
[0009]所述的聚合物分子量为5000-10000000之间的均聚物或共聚合物，可为海藻酸钠或聚丙烯酸或聚赖氨酸或聚乳酸或壳聚糖或羟甲基化魔芋葡甘聚糖。
[0010]所述的长链聚醚分子量为200-100000的长链状线性聚合物，可为PEG或F127或F610 或 Ρ65 或 Ρ123。
[0011]所述的包合物是由含有7个吡喃葡萄糖分子形成的环状低聚糖为主体分子以及二茂铁及其衍生物为客体分子通过非共价键结合在一起的。
[0012]所述的酶分子可为水溶性的葡萄糖氧化酶。
[0013]所述的多重响应聚合物微球可以通过以下操作步骤进行制备:
[0014]将带有环糊精的聚合物和带有二茂铁基团的线性聚醚同时溶解于水溶液中，在一定浓度的溶液下搅拌l_6h，使β -环糊精与二茂铁基团充分包合。随后可引入1-1Omg/ml水溶性酶分子，继续搅拌1min使酶分子充分溶解。接着向体系中加入α -环糊精继续搅拌3_12h，使得体系中α -环糊精与线性聚醚长链分子充分复合形成刚性的隧道状结晶结构，最终通过体系中的刚性结构与柔性的聚合物形成刚性-柔性自组装微球，体系逐渐变混浊。其中，带有β -环糊精的聚合物在溶剂中的重量浓度为0.05% _3%，带有二茂铁基团的长链聚醚在溶剂中的重量浓度为0.05%-2%，α -环糊精的重量浓度为0.5-10% ;而β-环糊精与二茂铁之间的摩尔量为l*10_3-0.lmmol，其两者之间的摩尔比为1: 1_5: I。α -环糊精与长链聚醚的质量比为10: 1-100: 1
[0015]敏感性检测可以通过加入氧化剂(过氧化氢、次氯酸钠、高锰酸钾)、通直流电(0.5-12V)、加入葡萄糖中的一个或一个以上的条件在一定时间内都可以实现微球的瓦解(宏观表现为体系透光性显著变好，微观上通过SEM、TEM、DLS等技术可以观察到微球的瓦解
[0016]在上述基于主客体识别多重响应聚合物微球的制备体系中，只需要在带有环糊精的聚合物和带有二茂铁基团的长链聚醚同时溶解于水中，搅拌l_6h使得β -环糊精和二茂铁充分包合后，加入适量的α -环糊精，随后也可加入一定量的水溶性酶分子，继续搅拌3-12h，体系逐渐变浑浊，即已得到基于主客体识别的响应性聚合物微球。在进行响应性检测时，也只需简单改变环境条件(如加入氧化剂、施加直流电场刺激、加入葡萄糖等)，就能直观的观察到体系逐渐由浑浊变澄清，证明微球在相应刺激下逐渐瓦解。综上所述，其制备方法操作步骤十分简单，同时操作工艺也十分容易掌握，其在生物医用领域具备可观的潜在应用价值。
【附图说明】
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[0017]图1是本发明聚合物微球药物载体的制备过程；
[0018]图中:l、Alg-0-CD，2、PEG_Fc，3、α-CD。
【具体实施方式】
[0019]在以下实施案例中，通过改变环境条件，可得到微球刺激响应后瓦解的情况以及透光性的变化。具体发明实施案例不限于此，【具体实施方式】可根据发明的内容设计成其它形式。
[0020]在以下实施案例中，除特别说明外，浓度均为质量百分比浓度。
[0021]实施案例1:
[0022]如图1所示，称量10mg的海藻酸钠接枝β -环糊精(Alg- β -⑶，β -⑶接枝率为18.1% )配制成0.6%的溶液，加入相应量的单甲醚聚乙二醇单端修饰的二茂铁(PEG-Fc，转化率为 95.4%)，其浓度为 0.5%。Alg-β-CD 与 PEG-Fc 两者混合(β-CD: Fe = 1:1)。在室温下搅拌3h，使得β -⑶与Fe充分包合。随后加入过量α -⑶，浓度为6%，继续搅拌12h，体系逐渐