一种氧化还原响应型嵌段共聚物囊泡及其制备方法与流程

本申请涉及一种氧化还原响应型嵌段共聚物囊泡及其制备方法，特别涉及一种具有两亲性的氧化还原响应型嵌段共聚物囊泡及其制备方法。

背景技术：

发展各类新型环境响应型组装体一直是大分子自组装领域的重要课题。目前通过温度、光、pH值、溶剂极性、主客体分子识别、酶、氧化还原等方式来制备环境响应型组装体获得了快速发展。

近几年，通过氧化或者氧化还原调控方式制备刺激响应型组装体的报道开始引起了人们的关注。主要原理是将含硫、含硒、紫精、二茂铁等氧化还原敏感基团引入到大分子自组装体系中，通过这些基团在不同的氧化还原环境中亲疏水性的变化调控大分子组装体的聚集形态，从而制备出新型氧化或者氧化还原响应型组装体。例如，Hubbell等合成出一类含硫两亲性嵌段共聚物聚乙二醇-b-聚硫化丙烯-b-聚乙二醇(PEO-b-PPS-b-PEO)，通过双氧水的氧化，聚硫化丙烯部分被氧化成砜式结构，亲水性提高，聚集体从还原态的囊泡结构转变成氧化态的蠕虫状胶束。分子两亲性是影响分子组装体形貌的关键因素，如果可以在溶液中动态地调节分子的亲疏水性，则可以实现动态控制组装体组装的方式。又如，袁金颖等通过引入二茂铁基团制备了一种新型氧化还原响应超分子囊泡体，这类组装体由两种均聚物利用非共价键正交连接，一段是末端修饰了β-环糊精(β-CD)的聚苯乙烯均聚物(PS-β-CD)，另一端是末端修饰了二茂铁基(Fc)的聚环氧乙烷(PEO-Fc)，二者通过末端功能基团的主客体相互作用形成非共价键嵌段共聚物(PS-β-CD/PEO-Fc)，之后再进行分级组装在水溶液中形成超分子囊泡。β-CD和Fc的主客体包合作用可以通过氧化还原的方式进行调节。在溶液中原位地施加一个适当的正点位，可以将中性的Fc末端氧化为带正电荷的Fc⁺；而Fc⁺由于带电，其静电屏蔽作用及亲水性均大大提高，会从β-CD的疏水内腔中解离出来，导致PS-β-CD/PEO-Fc囊泡的解组装。有趣的是，可以通过向溶液中施加一个适当的负方向还原电压而可逆调控，致使囊泡重新组装。研究发现，在反复的正负电位刺激下，这类囊泡的组装及解组装的可逆性良好^[7]。在氧化还原过程中，二茂铁基团有别于含硫、含硒等基团的是，其自身结构并未发生改变，只是发生了电子得失，从而影响了其亲疏水性，这个过程几乎完全可逆。这种有趣的性质使得二茂铁基团作为氧化还原响应基团有望引入到其他可控自组装体系，该实验充分也显示了二茂铁基团在新型环境响应型组装体领域的应用潜能。

技术实现要素：

本申请以一种含二茂铁基两亲嵌段共聚物为研究对象，通过化学(添加氧化还原试剂)氧化还原二茂铁基团，改变体系的亲疏水分布，研究该嵌段共聚物在水溶液中聚集体形成、结构变化及可逆性的条件，设计、制备出一种基于二茂铁基两亲嵌段共聚物的氧化还原响应型囊泡。

为解决上述技术问题：本申请提出一种氧化还原响应型嵌段共聚物囊泡，所述囊泡以含二茂铁基两亲嵌段共聚物为对象，通过化学氧化还原二茂铁基团，改变体系的亲疏水分布，进行设计和制备，所述囊泡为基于二茂铁基两亲嵌段共聚物的氧化还原响应型囊泡。

可优选的是，所述囊泡为三嵌段共聚物。

可优选的是，所述囊泡具体为：PFCn-b-PEO-b-PFCn；其中，n为本案件中共合成出三种不同n值的嵌段共聚物，即10，17，28，也可以通过改变单体的量进行调控，b为block的简写，嵌段的意思，PFC为聚甲基丙烯酸二茂铁十一烷基酯)，PEO为聚乙二醇。

一种氧化还原响应型嵌段共聚物囊泡，如上述任一所述的所述囊泡共聚物囊泡，具有以下结构：

其中，n为本案件中共合成出三种不同n值的嵌段共聚物，即10，17，28，也可以通过改变单体的量进行调控)，b为block的简写，嵌段的意思，PFC为聚甲基丙烯酸二茂铁十一烷基酯)，PEO为聚乙二醇。

可优选的是，合成该囊泡所选用的试剂为：分子量为20，000的聚乙二醇(PEO)、2-溴代异丁酰溴(>98％)、N，N，N’，N”，N”-五甲基二乙烯基三胺(PMDETA，99％)、溴化亚铜(CuBr)、三乙胺(TEA)、二氯甲烷、甲苯、分析纯、其他试剂均为分析纯、实验用水。

可优选的是，所述分子量为20，000的聚乙二醇(PEO)中痕量的水分通过与甲苯减压共沸蒸馏除去；所述溴化亚铜(CuBr)使用前用冰醋酸洗至无色，再分别用无水甲醇、无水乙醚洗三次，真空干燥，氮气气氛中保存；所述三乙胺(TEA)与对甲苯磺酸酰氯回流，蒸馏，CaH₂存在下储存；所述二氯甲烷为分析纯，用5％碳酸钠溶液洗涤，再用水洗涤，然后用无水氯化钙干燥，蒸馏收集40～41℃的馏分，保存在棕色瓶中；所述甲苯为分析纯，使用前用钠丝回流除水，常压蒸馏；所述其他试剂均为分析纯，使用前干燥、蒸馏；所述实验用水均为高纯水，Millipore净化装置处理Millipore：纯化水用的一种净化水装置的品牌，电阻率≥18.2MΩ。

可优选的是，其合成路线为：

其中，共分为两步反应，第一步原料分子量为20000的乙二醇、2-溴代异丁酰溴、三乙胺在甲苯反应，产物是大分子引发剂Br-PEO20000-Br；第二步是大分子引发剂Br-PEO20000-Br、单体甲基丙烯酸二茂铁十一烷基酯和催化剂溴化亚铜、N，N，N’，N”，N”-五甲基二乙烯基三胺在甲苯中反应，得到最终产物PFCn-b-PEO-b-PFCn。

一种如上述任一所述囊泡的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：

(1)在室温下，将一定量的大分子引发剂Br-PEO20000-Br和催化剂CuBr加入到充氩气的5mL Schlenk瓶中；

(2)用翻口胶塞密封，抽真空除氧，用氩气清洗过的注射器加入脱气的甲苯2mL溶解大分子引发剂，(3)加入按设计聚合度计量比的经脱气的单体甲基丙烯酸二茂铁十一烷基酯，液氮冷冻－抽真空－充氩气解冻，循环三次除氧，用氩气清洗过的注射器加入一定量的配体PMDETA；

(4)浸入预先加热至80℃的油浴中，反应6h，液氮冷冻快速终止反应；

(5)将反应体系浓缩，加入石油醚：乙酸乙酯＝4:1的混合溶剂溶解，过柱，将未反应单体洗出后，然后用THF+5％三乙胺混合溶剂洗脱出粗产品；

(6)将粗产品溶解于少量二氯甲烷中，在大量正己烷中反复沉淀，得到纯净的三嵌段共聚物PFCn-b-PEO-b-PFCn，真空干燥至恒重。

可优选的是，所述步骤(1)中的所述大分子引发剂Br-PEO20000-Br和催化剂CuBr按1:2的摩尔比加入到充氩气的5mL Schlenk瓶中。

可优选的是，所述步骤(3)中配体PMDETA加入的计量为大分子引发剂计的2倍。

附图说明

图1 PFCn-b-PEO-b-PFCn三嵌段共聚物示意图。

图2 PFCn-b-PEO-b-PFCn三嵌段共聚物的合成路线示意图。

图3为PFCn-b-PEO-b-PFCn的平衡表面张力对浓度的依赖性曲线。

图4为嵌段共聚物M28-b-E454-b-M28聚集体的SEM图(C＝1.0g/L)。

图5为嵌段共聚物M28-b-E454-b-M28聚集体的TEM图(C＝1.0g/L)。

图6为M10-b-E454-b-M10的水溶液(C＝1.0g/L)聚集态粒径变化图。

图7为M17-b-E454-b-M17的水溶液(C＝1.0g/L)聚集态粒径变化图。

图8为M28-b-E454-b-M28的水溶液(C＝1.0g/L)聚集态粒径变化图。

具体实施方式

下面结合附图对本申请作进一步详细描述，有必要在此指出的是，以下具体实施方式只用于对本发明进行进一步的说明，不能理解为对本发明保护范围的限制，该领域的技术人员可以根据下述内容对本申请作出一些非本质的改进和调整。

如图1所示，为本申请PFCn-b-PEO-b-PFCn三嵌段共聚物的结构其中，n为本案件中共合成出三种不同n值的嵌段共聚物，即10，17，28，也可以通过改变单体的量进行调控，b为block的简写，嵌段的意思)，PFC为聚甲基丙烯酸二茂铁十一烷基酯)，PEO为聚乙二醇)。

合成该囊泡所选用的试剂为：分子量为20，000的聚乙二醇(PEO)、2-溴代异丁酰溴(>98％)、N，N，N’，N”，N”-五甲基二乙烯基三胺(PMDETA，99％)、溴化亚铜(CuBr)、三乙胺(TEA)、二氯甲烷、甲苯、分析纯、其他试剂均为分析纯、实验用水。

所述分子量为20，000的聚乙二醇(PEO)中痕量的水分通过与甲苯减压共沸蒸馏除去；所述溴化亚铜(CuBr)使用前用冰醋酸洗至无色，再分别用无水甲醇、无水乙醚洗三次，真空干燥，氮气气氛中保存；所述三乙胺(TEA)与对甲苯磺酸酰氯回流，蒸馏，CaH₂存在下储存；所述二氯甲烷为分析纯，用5％碳酸钠溶液洗涤，再用水洗涤，然后用无水氯化钙干燥，蒸馏收集40～41℃的馏分，保存在棕色瓶中；所述甲苯为分析纯，使用前用钠丝回流除水，常压蒸馏；所述其他试剂均为分析纯，使用前干燥、蒸馏；所述实验用水均为高纯水，Millipore净化装置处理，Millipore：纯化水用的一种净化水装置的品牌)，电阻率≥18.2MΩ。

图2所示为PFC_n-b-PEO-b-PFC_n三嵌段共聚物的合成路线。

聚合反应具体过程：在室温下，将一定量的大分子引发剂Br-PEO20000-Br和催化剂CuBr(按1:2的摩尔比)加入到充氩气的5mL Schlenk瓶中，用翻口胶塞密封，抽真空除氧，用氩气清洗过的注射器加入脱气的甲苯2mL溶解大分子引发剂，加入按设计聚合度计量比的经脱气的单体甲基丙烯酸二茂铁十一烷基酯，液氮冷冻－抽真空－充氩气解冻，循环三次除氧，用氩气清洗过的注射器加入一定量的配体PMDETA(加入计量为大分子引发剂计2倍)。浸入预先加热至80℃的油浴中，反应6h，液氮冷冻快速终止反应。将反应体系浓缩，加入石油醚：乙酸乙酯＝4:1的混合溶剂溶解，过柱(洗脱和展开剂：油醚/乙酸乙酯＝4/1)，将未反应单体洗出后，然后用THF+5％三乙胺混合溶剂洗脱出粗产品。将粗产品溶解于少量二氯甲烷中，在大量正己烷中反复沉淀，得到纯净的三嵌段共聚物PFCn-b-PEO-b-PFCn，真空干燥至恒重。

图3为PFCn-b-PEO-b-PFCn的平衡表面张力对浓度的依赖性曲线，从图中可以计算出M₁₀-b-E₄₅₄-b-M₁₀的CMC(临界胶束浓度)为0.06g/L；M₁₇-b-E₄₅₄-b-M₁₇的CMC为0.07g/L；M₂₈-b-E₄₅₄-b-M₂₈的CMC为0.11g/L。结果表明三种嵌段共聚物的CMC非常接近。以M₂₈-b-E₄₅₄-b-M₂₈为例，其直观聚集态照片如图4和图5所示；从TEM和SEM照片，可以看出嵌段共聚物形成了球状囊泡结构。M₁₀-b-E₄₅₄-b-M₁₀和M₁₇-b-E₄₅₄-b-M₁₇也形成了类似的囊泡结构。

三种嵌段聚合物水溶液浓度为1g/L，其囊泡尺寸分布如图6、图7、图8所示。可以看出，M₁₀-b-E₄₅₄-b-M₁₀形成的囊泡平均粒径是142nm，M₁₇-b-E₄₅₄-b-M₁₇形成的囊泡平均粒径是164nm，M₂₈-b-E₄₅₄-b-M₂₈形成的囊泡平均粒径是190nm。随着聚甲基丙烯酸二茂铁十一烷基酯嵌段的增加，囊泡直径逐渐增大。

为了进一步研究其囊泡变化规律，我们对三种聚合物进行了化学方法氧化还原，探讨了其囊泡的变化。M₁₀-b-E₄₅₄-b-M₁₀化学氧化还原前后，其囊泡粒径变化分布如图6所示。从图中可以看出，二茂铁处于原始还原态时，平均粒径为142nm，加入1.1倍摩尔量的硫酸铁充分氧化后，溶液颜色从淡黄色转变成蓝色，平均粒径增大到164nm，我们推测二茂铁氧化后，变成亲水基团，囊泡进一步溶胀所致。对于上述体系，我们继续加入稍微过量具有还原性的抗坏血酸(Vc)，囊泡粒径又降低到122nm，稍低于原始还原态时的粒径，这说明，聚合物M₁₀-b-E₄₅₄-b-M₁₀的二茂铁基团又处于疏水收缩状态，体系的颜色也转变回淡黄色。上述结果说明，我们可以成功通过化学氧化还原调控体系的自组装形态。

研究聚合物M₁₇-b-E₄₅₄-b-M₁₇和M₂₈-b-E₄₅₄-b-M₂₈时，我们发现了类似的规律。具体来说，对于M₁₇-b-E₄₅₄-b-M₁₇化学氧化还原前后，其囊泡粒径变化分布如图7所示。原始还原态时平均粒径为164nm，氧化后囊泡粒径增大到190nm，还原后恢复到140nm；对于M₂₈-b-E₄₅₄-b-M₂₈化学氧化还原前后，其粒径变化分布如图8所示。原始还原态时平均粒径为190nm，氧化后囊泡增加到220nm，还原后恢复到164nm；综上所述，我们成功的发现了一类氧化还原响应型嵌段共聚物囊泡。

两亲性PFCn-b-PEO-b-PFCn三嵌段共聚物在水中能形成囊泡结构。可以通过化学氧化还原调控囊泡尺寸。即发明了一种基于二茂铁基两亲嵌段共聚物的氧化还原响应型囊泡。

本申请所述三嵌段共聚物能够随着所述共聚物的聚甲基丙烯酸二茂铁十一烷基酯嵌段的增加，囊泡直径逐渐增大。并且能够适应氧化还原反应，具备良好的可逆性，同时，大大提高了共聚物的亲水性，并且具备疏水性，能够在容易中动态调节分子的亲疏水性，调整体系的组装形态，改变粒径大小，具备很好的适应性。