超支化触发式自降解聚合物的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及高分子材料及其应用，更具体地，涉及一种刺激响应触发的超支化触 发式自降解聚合物，及由其制备的功能性超支化触发式自降解聚合物的制备方法和应用。
【背景技术】
[0002] 为了在单分子层次实现信号的化学放大，化学家们发展了触发式自降解聚合物 (Self-ImmolativePolymer,SIP)体系，这类聚合物能够在触发解离特定位点的保护基元 后自发进行类似多米诺骨牌的串联解聚，同时释放小分子构筑基元。2003年，报道了触发式 自降解树枝状分子（Self-ImmolativeDendrimer，SID)的合成（D.Shabatetal.Angew. Chem.Int.Ed. 2003, 42, 4494-4499)。SID能够在焦点处的特定触发基元解离后发生解聚并 释放外围的多个报告基元，从而产生信号化学放大效应。到目前为止，已有文献报道的触发 式自降解树枝状分子最多为三代，即具有最高八倍的输出信号放大能力。基于触发式自降 解树枝状分子独特的拓扑结构和信号放大特性，其在响应性触发药物释放以及高灵敏度诊 断检测方面具有重要应用前景。
[0003] 但是，复杂的多步合成与纯化过程极大地限制了触发式自降解树枝状分子的代数 和外围基元数目（即信号放大能力），以及它们在生物医药领域的实际运用。为了解决这一 问题，发展了通过简单的一锅法制备线型触发式自降解聚合物（1-SIP)的新策略。但对于 线型触发式自降解聚合物而言，输入信号只能通过唯一的1-SIP链末端报告基元或主链构 筑基元的释放来转化为输出信号。这些局限行导致1-SIP在分子链的水平上不具备信号放 大效果或信号报告基元不具有可扩展性，从而限制了其实际应用。而在链聚集体和本体的 水平上，线型触发式自降解聚合物是一种极佳的制备可触发解离微胶囊、微米级聚集体以 及宏观检测器件的材料体系。
[0004]另一方面，超支化触发式自降解聚合物是一种具有高度支化拓扑结构的类球状大 分子，并且带有大量的外围末端基元。与线型、树枝状、星型、环状、刷状等拓扑结构聚合物 相比，超支化触发式自降解聚合物的独特性质和优势使得它们在生物医药领域具有重要应 用前景。首先，与树枝状聚合物的制备需要多步合成和冗繁的纯化步骤不同，超支化触发 式自降解聚合物的合成仅需简单的一锅法，部分避免了制备残留物的不利影响；其次，大量 的外围末端基元使得超支化触发式自降解聚合物可以作为键合生物活性分子的优良平台。 最后，超支化触发式自降解聚合物可以通过多种方式负载生物活性分子（物理包埋、静电 络合、共价修饰等），并通过构筑响应性超支化触发式自降解聚合物实现微环境响应触发释 放。
[0005] 综上所述，本发明涉及触发式自降解超支化触发式自降解聚合物（Hyperbranched Self-ImmolativePolymer,hSIP)的制备与功能拓展。hSIP将兼具触发式自降解聚合物信 号放大的特性以及超支化触发式自降解聚合物合成简单、容易后修饰和官能化两方面的双 重优势。
【发明内容】
[0006] 本发明的目的是为了构建一种兼具简易合成与信号放大的触发式自降解聚合物。 具体的，本发明涉及以下各项：
[0007] 1. -种支化单元，所述支化单元含有一个酰基叠氮基元和两个羟基，所述酰基叠 氮基元和羟基之间通过触发式自降解基元连接，所述支化单元的结构如下式所示：
[0008]
[0009] 2. -种结构如式1所示的超支化触发式自降解聚合物，所述超支化触发式自降解 聚合物由权利要求1所述的支化单元通过缩合聚合制备，其中T1是保护基元，当T1脱去 后，所述超支化触发式自降解聚合物能够解离成组成的小分子片段：
[0010]
[0011] 3.根据2所述的超支化触发式自降解聚合物，其中，
[0012]
[0013] 4. -种式2所示的功能性超支化触发式自降解聚合物，其中F是功能基元，当T1 脱去后，所述超支化触发式自降解聚合物自发分解并且能够释放出F:
[0014]
[0017] 5.根据4所述的功能性超支化触发式自降解聚合物，其中功能基元F可以选自药 物、荧光基元、酶底物、靶向基元以及亲水功能聚合物或其组合。
[0018] 6.根据4所述的功能性超支化触发式自降解聚合物，其中，
[0020] 7.根据4所述的功能性超支化触发式自降解聚合物，所述功能性超支化触发式自 降解聚合物还在其上连结有靶向基元TG，形成如下式3所示结构，所述靶向基元TG为对特 定病变组织或者病变细胞具有靶向能力的多肽或者小分子，
[0021]
[0022] 其中，
[0023]
[0024] 8.根据7所述的功能性超支化触发式自降解聚合物，其中，
[0025]
[0026] 9. -种控制超支化触发式自降解聚合物解离的方法，包括以下步骤：
[0027] 1)制备4-8任一项所述的功能性超支化触发式自降解聚合物的水分散液；
[0028] 2)刺激所述功能性超支化触发式自降解聚合物，脱出端基保护基元T1 ;
[0029] 其中，所述刺激可以包括化学的或物理的刺激，所述化学的刺激包括谷胱甘肽、酯 酶，所述物理的刺激包括光。
[0030] 10.根据4-8任一项所述的功能性超支化触发式自降解聚合物用于药物载体或基 因递送载体或用途。细胞内生命活性物质灵敏检测的用途。
[0031] 发明详述
[0032] 以下对本发明的技术方案做进一步详细阐述。应当指出，本发明的各实施方案可 以根据需要以任何方式组合。
[0033] 2003年报道了一种触发式自降解树枝状分子，这种分子能够在单一的刺激事件 下，通过电子重排，环化消除，以及释放二氧化碳气体而发生自发的解聚行为，从而释放出 多个外围的药物或者信号分子。这种分子我们称其为触发式自降解树枝状分子。目前这种 分子最多合成到三代，也就是放大8倍。为了简化合成，2008年报道了线性的触发式自降解 聚合物，该聚合物通过一步法合成，通过末端基元的离去，诱导整个聚合物从头到尾解聚。 基于此，我们设计制备了灵敏响应的触发式自降解聚合物囊泡。首先合成了含有触发式自 降解聚合物的两亲性嵌段共聚物，在聚合物末端引入了刺激基元，包括可见光，紫外光和还 原环境响应基元。这些两亲性嵌段共聚物在溶液中自组装制备得到聚合物囊泡，并且在囊 泡中负载药物，酶等生物活性分子。在特定的刺激下，聚合物端基脱除，引发聚合物从头到 尾的解聚，聚合物由两亲分子转变为全部水溶性的分子，从而导致聚合物囊泡的解离，负载 生物分子的释放。然而，线性的触发式自降解聚合物虽然合成简单但是只能释放聚合物构 筑基元与末端的一个功能基元，为了释放多个功能基元，目前的文献报道，都是基于触发式 式自降解树枝状分子，这种分子合成难度高，分离困难，收率低。
[0034] 为了结合二者的优势，在本发明中，我们提出了一种全新的策略一一超支化触发 式自降解聚合物。这种方法具有简便合成，模块化设计的特点，并且自放大能力的触发式自 降解聚合物，并且其触发基元与信号报告基元能以普适性的策略引入。
[0035] 具体而言，在一方面，本发明提供一类用于合成超支化触发式自降解聚合物的支 化单元，其特征在于，所述支化单元含有一个酰基叠氮基元和两个羟基，两种基元之间通过 触发式自降解基元连接。优选的，所述疏水链段组成为下式所示：
[0036]
[0037] 使用以上支化单元通过缩合聚合所制备的超支化触发式自降解聚合物（见式1)， 其中在超支化触发式自降解聚合物的焦点处的T1是保护基元，该超支化触发式自降解聚 合物的特点是，当T1脱去后，超支化触发式自降解聚合物能够解离成小分子：
[0038]
[0039]其中，
[0040]
[0041] 另一方面，本发明包括使用以上超支化触发式自降解聚合物通过后改性制备的功 能性超支化触发式自降解聚合物（见式2)，其中在超支化触发式自降解聚合物外围的F是 功能基元该超支化触发式自降解聚合物的特点是，当T1脱去后，超支化触发式自降解聚合 物自发分解并且能够释放出F:
[0042]
[0045] 其中，
[0046]
[0047]其中，F1和F2是抗肿瘤药物，F3和F4是荧光分子，F5和F6是酶底物，F7是亲水 的生物相容的带有马来酰亚胺基元的聚乙二醇，F8是带正电荷的聚（二甲基胺乙基甲基丙 稀酉支醋）；
[0048] 另一方面，本发明包括使用上述的功能性超支化触发式自降解聚合物制备的具有 靶向特性的功能超支化触发式自降解聚合物（见式3)，其特点是F为F7与F1-F6其中之一 的组合，靶向基元TG为对特定病变组织或者病变细胞具有靶向能力的多肽或者小分子：
[0049]
[0050]其中，
[0051]
[0054] 本发明中，还提供了 一种控制超支化触发式自降解聚合物解离的方法，包括以下 步骤：一、制备所述两亲性超支化触发式自降解聚合物的水分散液；二、刺激超支化触发式 自降解聚合物，脱出端基保护基元T1 ;三、疏水超支化内核发生程序性解聚合，生成构筑基 元，并且释放出外围功能基元F。在本发明中，所述刺激可以是任何可以脱出端基保护基元 的刺激，即刺激的选择由端基保护基元决定，包括化学的或物理的刺激，所述化学的刺激包 括但不仅限于谷胱