含有TEMPO的还原响应性两亲核交联聚合物、聚合物载药胶束及其制备方法与流程

本发明涉及高分子材料聚合物及载药胶束技术领域，具体涉及一种含有tempo的还原响应性两亲核交联聚合物、聚合物载药胶束及其制备方法。

背景技术：

癌症是最致命的疾病之一，对人类的健康构成了重大威胁。目前，治疗癌症的方法有手术切除、放疗、化疗、基因治疗等，其中化疗是治疗癌症最常用的方法。多柔比星(dox)、紫杉醇(ptx)、喜树碱(cpt)等多种化疗药物已广泛应用于癌症治疗，但是这些化疗药物存在强疏水性，生物利用度差，容易体内降解等缺点，导致了治疗指数较低，甚至可能对正常组织细胞有不良反应。这些存在的问题严重阻碍了化疗在肿瘤临床治疗中的应用和发展。科研工作者们不懈的努力希望能够解决之一困扰人类的难题。

此外，在临床医学中，癌症没能及时的得到诊断，导致患者错过了最佳的治疗时期，从而丧失宝贵生命的事例屡见不鲜。这也是导致癌症死亡率较高的重要原因之一。随着科技的不断进步各种癌症诊断技术被开发出来，如核磁共振成像，光学成像等。而成像剂是诊断技术中不可或缺的一部分。无论是癌症的诊断还是治疗都需要安全高效的载体来运输药物或者是成像剂。开发和设计出好的运输载体具有重要的实际意义以及广泛的应用价值。

近年来，纳米科学的发展和技术的进步，纳米结构的制造使人们设计并检测出大量的有机、无机和复合材料，在各种不同的应用领域都有更好的性能。纳米药物载体(如聚合物胶束、纳米颗粒、纳米凝胶、纳米胶囊和囊泡^[等)也在其中，它们被广泛用作药物传递系统。纳米药物载体可以改善疏水性药物水溶性，提高系统稳定性，具有较高的药物负载能力，延长药物在体内循环持续时间，有希望提高治疗效率。纳米药物载体的出现可以正好可以解决癌症化疗以及诊断的缺点，极具发展潜力。近几年来，两亲性聚合物在选择性溶剂中自组装形成的聚合物胶束已成为肿瘤治疗中最具吸引力的难溶性药物传递载体之一。

聚合物胶束一般是由两亲性共聚物在水介质中自组装形成。通常情况下，聚合物胶束为核壳的球形结构，也有文献报道棒状，蠕虫状结构。球形胶束的核是由两亲聚合物的疏水嵌段形成，可以容纳各种疏水性治疗和诊断药物，其多功能性导致其在生物医学领域具有广泛的应用前景。胶束的壳是由聚合物的亲水嵌段形成。聚合物胶束的亲水性外壳和大小(<100nm)自然产生表面促进作用，减少其与血清蛋白质的相互作用，从而延长其在血液中的循环时间。

聚环氧乙烷(peo)通常用作胶束形成共聚物的亲水性嵌段，已知该聚合物具有高水合性、可溶性、无毒性、非免疫原性，并且能够作为生物介质中各种微粒(如脂质体、纳米颗粒、纳米胶囊)的有效立体保护剂。值得一提的是，peo链阻止了与血清蛋白和细胞的相互作用，避免了颗粒调理，并使肝脏和脾脏的网状内皮系统(res)无法识别它们是理想的亲水嵌段的材料。

与其他的纳米药物载体比较，聚合物胶束做为药物载体具有许多优点：(1)提高疏水性药物的溶解度，增加药物的利用率，同时也能减少药物的毒副反应；(2)延长药物在血液中的循环时间，在epr效应的作用下增加了被动靶向给药的几率；(3)通过对聚合物进行改造修饰，可以实现主动靶向，刺激响应性，生物成像等。因此，聚合物胶束已经成为当前研究的热点，许多已进入临床试验。

经研究，将聚合物胶束从静脉注射部位输送到肿瘤细胞中发挥疗效，通常需要五个步骤：在血液中循环、在肿瘤中的积聚、渗透、最后细胞内化和细胞内药物释放。胶束的化学和物理性质，特别是稳定性是它完成能够顺利完成这一过程的基础，从而决定了它的治疗效果。显然，血液中的高稳定性是药物释放的先决条件，因为一旦胶束在血液中失去其完整性，它会立即将携带的药物释放到血液中，致使其传输任务失败，更不用说通过epr效应靶向肿瘤或通过肿瘤生长配体主动靶向肿瘤等。

然而，传统的聚合物胶束是受热力学平衡控制的多聚合物链的聚集，即胶束与其自由聚合物链之间的平衡。当它们被注射到血液中时，由于受到多种因素的影响，如急剧稀释、温度和ph值等，它们会变得不稳定并分解成自由聚合物链，并且浓度低于临界胶束浓度(cmc)，这将导致夹带药物的爆发释放。这种缺点严重限制了它们在癌症诊疗中的应用。

因此，提高聚合物胶束的稳定性，使药物可以充分的发挥疗效，这已经成为科研工作者研究的热点。而现有技术中作为药物载体的聚合物胶束种类较少，这大大限制了科研工作者的研究思路及路径。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题是针对现有技术的不足，提供一种含有tempo的还原响应性两亲核交联聚合物、聚合物载药胶束及其制备方法。

本发明解决上述技术问题的技术方案如下：含有tempo的还原响应性两亲核交联聚合物，即mpeg-b-p(pfpma-tempo-co-mabhd-an)，其特征在于，其结构式为：

其中m、n、p分别代表聚合度。

如上所述的含有tempo的还原响应性两亲核交联聚合物的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

(1)大分子引发剂mpeg-cat的合成

将聚乙二醇单甲醚5000，即mpeg、转移剂ddat溶于9ml干燥的三氯甲烷中，固体完全溶解之后依次加入edc·hcl、dmap，在室温下搅拌，然后用二氯甲烷稀释，依次用去离子水洗两次后，收集有机相用无水硫酸镁干燥，之后浓缩，在大量乙醚中沉淀，过滤收集产物即mpeg-cat；

(2)2-甲基丙烯酸酯羟乙基二硫化物(mabhd)的合成

将2,2'-二硫代二乙醇、无水四氢呋喃thf和三乙胺tea添加到1l圆底烧瓶中并冷却至0℃，然后将溶解在无水thf中的甲基丙烯酰氯滴加到上述溶液中；滴加完毕，反应混合物温度降至室温，并搅拌过夜；过滤沉淀物，并将收集的溶液浓缩；将粗产物溶于乙酸乙酯，用水和盐水洗涤，并用无水na2so4干燥；粗产物通过硅胶柱色谱法纯化，乙酸乙酯/己烷作为洗脱剂，获得产物mabhd；

(3)甲基丙烯酸五氟苯基酯(pfpma)的合成

将五氟苯酚、三乙胺溶于无水二氯甲烷中，溶液冷却至0℃后，缓慢的加入甲基丙烯酰氯；将反应混合物在0℃下搅拌3h，然后在室温下搅拌过夜；反应完成后，过滤除去不溶物，滤液依次用蒸馏水和饱和k2co3水溶液洗涤；有机相用无水mgso4干燥，并在85℃下减压蒸馏进行纯化，以收集透明的无色液体；

(4)mpeg-b-p(pfpma-co-mabhd)共聚物的合成

将上述制得的mpeg-cat、mabhd、pfpma及aibn加入装有1,4-二氧六环的的史莱克烧瓶中，鼓氮气脱氧20min；烧瓶密封后，在70℃的油浴中搅拌12h；聚合完成后，溶液用少量的四氢呋喃稀释，在乙醚中沉淀两次，过滤，产物在真空下干燥，得到共聚物mpeg-b-p(pfpma-co-mabhd)；

(6)mpeg-b-p(pfpma-tempo-co-mabhd)的合成

将共聚物mpeg-b-p(pfpma-co-mabhd)、4-氨基-2,2,6,6-四甲基哌啶-1-氧自由基(tempo-nh2)溶于三氯甲烷中，在室温下搅拌,之后在乙醚中沉淀两次，过滤，真空干燥得到产物mpeg-b-p(pfpma-tempo-co-mabhd)；

(7)mpeg-b-p(pfpma-tempo-co-mabhd-an)的合成

将聚合物mpeg-b-p(pfpma-tempo-co-mabhd)溶于无水dmf中，之后依次加入9-蒽甲酸、edc、dmap，反应物室温下避光搅拌12h后，在乙醚中沉淀两次，过滤，真空干燥收集产物，得到聚合物mpeg-b-p(pfpma-tempo-co-mabhd-an)。

及聚合物载药胶束，其特征在于，其为以peg为壳、以权利要求1或2所述的p(pfpma-tempo-co-mabhd-an)为核的纳米胶束。

及如上所述的聚合物载药胶束的制备方法，其特征在于，以聚合物mpeg-b-p(pfpma-tempo-co-mabhd-an)为原料，依次经溶剂挥发法、紫外光照法制得。

进一步的，所述溶剂挥发法为：将聚合物及三氯甲烷加入到烧杯中，敞口搅拌，聚合物迅速溶解，之后加入二次蒸馏水避光搅拌,使有机溶剂充分挥发，得聚合物胶束溶液。

进一步的，所述紫外光照法为：将溶剂挥发法制得的聚合物胶束溶液，采用低功率紫外灯在365nm±7nm处照射6h得到核交联胶束。

更进一步的，所述低功率紫外灯功率为8w；胶束溶液与紫外灯之间的距离为2cm，液体的高度为1cm，交联在室温(25℃)下进行。

本发明的有益效果是：本发明合成了一种含有tempo的还原响应性两亲核交联聚合物及聚合物载药胶束，能够作为药物载体，为研究聚合物胶束的稳定性及其在癌症诊疗中的应用拓宽了思路和路径。

附图说明

图1是本发明的原料mpeg5k的核磁共振氢谱¹hnmr(cdcl3)；

图2是本发明的原料链转移剂ddat的核磁共振氢谱¹hnmr(cdcl3)；

图3是本发明大分子引发剂mpeg-cat的核磁共振氢谱¹hnmr(cdcl3)；

图4是本发明单体2-甲基丙烯酸酯羟乙基二硫化物(mabhd)的核磁共振氢谱¹hnmr(cdcl3)；

图5是本发明单体甲基丙烯酸五氟苯基酯(pfpma)的核磁共振氢谱¹hnmr(cdcl3)；

图6是本发明共聚物mpeg-b-p(pfpma-co-mabhd)的核磁共振氢谱¹hnmr(cdcl3)；

图7是本发明共聚物mpeg-b-p(pfpma-co-mabhd)的核磁共振氟谱¹⁹fnmr(cdcl3)；

图8是本发明用dmf作为洗脱液的mpeg5k(e)和mpeg-b-p(pfpma-co-mabhd)(f)的gpc曲线图；

图9是本发明共聚物mpeg-b-p(pfpma-tempo-co-mabhd-an)的核磁共振氢谱¹hnmr(cdcl3)；

图10是激光波长为385nm时(室温25℃)蒽官能团的吸光度与聚合物溶液浓度的对数值；

图11是紫外光照前本发明聚合物胶束的tem图；

图12是本发明胶束在365nm紫外光照射不同时间的紫外吸收光谱。

具体实施方式

下面结合附图对本发明进行具体描述，所举实施例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。

本实施例的含有tempo的还原响应性两亲核交联聚合物，即

mpeg-b-p(pfpma-tempo-co-mabhd-an)，结构式为：

其中m、n、p分别代表聚合度。

其制备方法包括如下步骤：

(1)大分子引发剂mpeg-cat的合成

将聚乙二醇单甲醚5000(简称mpeg)(5.00g，10mmol)，转移剂ddat(0.73g,20mmol)溶于9ml干燥的三氯甲烷中，固体完全溶解之后依次加入edc·hcl(0.38g,20mmol)，dmap(0.19g，15mmol)。在室温下搅拌24h后，用100ml二氯甲烷稀释，依次用去离子水洗两次后，收集有机相用无水硫酸镁(mgso4)干燥，之后浓缩，在大量乙醚中沉淀，过滤收集产物。

¹hnmr(cdcl3)：δ4.25(t,j＝5.0hz,2h),3.64(s,551h),3.38(s,4h),3.11(q,j＝6.2hz,2h),1.70(s,6h),1.19(d,j＝51.3hz,21h),0.88(t,j＝6.7hz,3h)。

大分子引发剂mpeg-cat是由mpeg-oh与链转移剂ddta通过酯化反应所得。图3是大分子引发剂mpeg-cat的¹hnmr图谱。与原料mpeg-oh(图1)和ddta(图2)的¹hnmr图谱相比，图3在4.25ppm(e)处出现一新的三重峰，其归属于形成的酯键相邻的亚甲基上的质子(-ch2-oc(o)-)。图中峰(i)代表cat上的甲基质子峰，通过计算，峰(i)和峰(e)的积分面积比为3:2，证明酯化反应完全，成功合成了大分子引发剂mpeg-cat。

(2)2-甲基丙烯酸酯羟乙基二硫化物(mabhd)的合成

将2,2'-二硫代二乙醇(6.16g，40mmol)，无水四氢呋喃(thf)200ml和三乙胺(tea)(6.07g，60mmol)添加到1l圆底烧瓶中并冷却至0℃。然后将溶解在100ml无水thf中的甲基丙烯酰氯(4.18g，40mmol)滴加到上述溶液中。滴加完毕，反应混合物温度降至室温，并搅拌过夜。过滤沉淀物，并将收集的溶液浓缩。将粗产物溶于乙酸乙酯，用水和盐水洗涤，并用无水na2so4干燥。粗产物通过硅胶柱色谱法纯化，用乙酸乙酯/己烷作为洗脱剂。获得产物5.62g，产率为63.2％。

¹hnmr(cdcl3)：δ6.14(s,1h),5.60(t,j＝1.7hz,1h),4.43(t,j＝6.7hz,2h),3.90(t,j＝5.8hz,2h),2.98(t,j＝6.7hz,2h),2.89(t,j＝5.7hz,2h),1.95(s,3h)。

(3)甲基丙烯酸五氟苯基酯(pfpma)的合成

将五氟苯酚(25.00g，0.14mol)，三乙胺(21ml，0.15mol)溶于300ml无水二氯甲烷中，溶液冷却至0℃后，缓慢的加入甲基丙烯酰氯(12ml，0.13mol)。将反应混合物在0℃下搅拌3h，然后在室温下搅拌过夜。反应完成后，过滤除去不溶物，滤液依次用蒸馏水和饱和k2co3水溶液洗涤。有机相用无水mgso4干燥，并在85℃下减压蒸馏进行纯化，以收集透明的无色液体。产率：80％。

¹hnmr(cdcl3)：6.45(s,1h),5.91(s,1h),2.09(d,j＝1.4hz,3h)。

(4)mpeg-b-p(pfpma-co-mabhd)共聚物的合成

将mpeg-cat(0.85g，0.16mmol)，2-甲基丙烯酸酯羟乙基二硫化物(mabhd)(0.35g，1.60mmol)，甲基丙烯酸五氟苯基酯(pfpma)(0.40g，1.60mmol)，aibn(0.02g，0.40mmol)加入装有5ml1,4-二氧六环的25ml的史莱克烧瓶中，鼓氮气脱氧20min。烧瓶密封后，在70℃的油浴中搅拌12h。聚合完成后，溶液用少量的四氢呋喃稀释，在乙醚中沉淀两次，过滤，产物在真空下干燥，得到淡黄色粉末。

共聚物mpeg-b-p(pfpma-co-mabhd)由大分子引发剂mpeg-cat引发2-甲基丙烯酸酯羟乙基二硫化物(mabhd)和甲基丙烯酸五氟苯基酯(pfpma)两种单体进行可逆加成-断裂链转移(raft)聚合反应得到。图4和图5分别为单体mabhd和单体pfpma的¹hnmr图谱，从中可以清晰地看到它们各自对应的特征峰，证明两个单体成功合成。图6是聚合物mpeg-b-p(pfpma-co-mabhd)的¹hnmr谱图，其中峰(c)和(f)归属于单体mabhd单元的特征峰。图7是所制备聚合物mpeg-b-p(pfpma-co-mabhd)的¹⁹fnmr图谱，归属于pfpma上f原子的特征峰可清晰地看到。从gpc的测试结果来看(图8)，共聚物的曲线为分布较窄的单峰，且与mpeg相比向高分子量区域移动，这些结果综合证明了目标共聚物mpeg-b-p(pfpma-co-mabhd)的成功合成。

(5)mpeg-b-p(pfpma-tempo-co-mabhd)的合成

将共聚物mpeg-b-p(pfpma-co-mabhd)(0.44g,0.04mmol)，4-氨基-2,2,6,6-四甲基哌啶-1-氧自由基(tempo-nh2)(0.23g,0.13mmol)溶于3ml三氯甲烷中，在室温下搅拌24h,之后在乙醚中沉淀两次，过滤，真空干燥得到产物mpeg-b-p(pfpma-tempo-co-mabhd)。

(6)mpeg-b-p(pfpma-tempo-co-mabhd-an)的合成

将聚合物mpeg-b-p(pfpma-tempo-co-mabhd)(0.32g,0.032mmol)溶于3ml的无水dmf中，之后依次加入9-蒽甲酸(0.11g,0.05mmol)，edc(0.09g,0.05mmol)，dmap(0.07g,0.05mmol)。反应物室温下避光搅拌12h后，在乙醚中沉淀两次，过滤，真空干燥收集产物。得淡黄色粉末0.30g。

图9是目标共聚物mpeg-b-p(pfpma-tempo-co-mabhd-an)的¹hnmr图谱。图中(a)(b)(c)是蒽环上的特征峰，(d)是tempo甲基上的特征峰，可以证明共聚物mpeg-b-p(pfpma-tempo-co-mabhd-an)的成功合成。

聚合物载药胶束的制备如下：以如上制得的聚合物mpeg-b-p(pfpma-tempo-co-mabhd-an)为原料，依次经溶剂挥发法、紫外光照法制得。

(1)聚合物胶束的制备

采用溶剂挥发法制备聚合物胶束。将20mg的聚合物及10ml三氯甲烷加入到50ml的烧杯中，敞口搅拌，聚合物迅速溶解，之后加入10ml的二次蒸馏水避光搅拌48h,使有机溶剂充分挥发，得聚合物胶束溶液。

(2)紫外光照交联聚合物胶束的制备

将以上制备的聚合物胶束，取出一部分，用实验室使用的普通手持低功率紫外灯(enf-280c/fe,8w)在(365nm±7nm)处照射6h得到核交联胶束。胶束溶液与紫外灯之间的距离为2cm，液体的高度为1cm，交联在室温(25℃)下进行。

将聚合物胶束配制成一系列不同的浓度的胶束溶液。当聚合物胶束溶液中的蒽基团的浓度发生变化时，蒽基团在385nm波长处的紫外吸收值也随之发生变化。由此，可以得到一系列不同浓度的胶束溶液中385nm波长处蒽的吸收度。以385nm波长处蒽的吸收度为纵坐标，以胶束溶液浓度的对数为横坐标作图。结果如图10所示。图中曲线的切点对应的浓度即为临界胶束浓度。通过做切线，交点处的数值即为聚合物胶束的临界胶束浓度cmc＝0.254mg/ml。

聚合物胶束的形貌

取一滴聚合物胶束溶液，滴在铜网上，在干燥处放置24h，溶剂充分挥发后，用透射电子显微镜测样，结果如图11所示。从图中可以观察到，制备的聚合物胶束为球形胶束。

由于具有两亲的特性，peg-b-p(pfpma-tempo-co-mabhd-an)聚合物在水溶液中能够自组装形成以peg为壳、p(pfpma-tempo-co-mabhd-an)为核的纳米胶束。由于蒽(an)基团在波长365nm的紫外光照下可以发生[4+4]环加成反应而形成二聚体，所制备的胶束溶液在365nm的紫外光照下位于疏水性内核的蒽基团形成二聚体进而形成具有良好稳定性的核交联胶束。我们通过紫外吸收光谱手段对核交联胶束的形成进行了表征。将一定浓度的聚合物胶束溶液用365nm波长紫外光照射不同的时间，然后测试溶液中蒽的紫外吸收强度，结果如图12所示。从图中可以观察到随着照射时间的增加，蒽基团在340-420nm之间的特征紫外吸收逐渐降低，可以证明蒽基团发生[4+4]环加成形成了二聚体，得到了核交联的胶束。

本发明合成了含有tempo稳定自由基的还原响应性两亲核交联共聚物mpeg-b-p(pfpma-tempo-co-mabhd-an)。通过¹hnmr、¹⁹fnmr、gpc对共聚物及其中间体的结构进行了表征，证明了聚合物及其中间体的成功合成。共聚物在水溶液中自组装形成的胶束，通过tem分析得出形成的胶束为球形。根据蒽基团在385nm处有紫外吸收峰，通过紫外测试得出胶束的临界胶束浓度为0.254mg/ml。已知在365nm紫外光照下胶束中的蒽基团会发生[4+4]环加成反应，从而形成交联胶束。我们用紫外(uv)对交联胶束进行了表征，证明了交联的发生。