树枝化烷氧醚聚合物、其改性金纳米微球及其制备方法与流程

本发明涉及一种具有温度敏感行为的烷氧醚树枝化聚合物、其改性金纳米微球及其制备方法。

背景技术：

金纳米粒子具有明显的表面效应、体积效应、量子效应、小尺寸效应和宏观量子隧道效应，其光学特性、电子特性、传感特性及生物化学特性成为现在的研究热点，在超分子、生物化学等技术领域具有广泛的应用前景。尤其是金纳米粒子由于具有微弱的带电配体的结合层，具有特殊的稳定性，表面容易被改良，可以与氨基、硫基、蛋白质（一定的抗体、抗原）等发生非共价键的静电吸附，得到以金纳米粒子标记的复合物，并且仍然具有与金纳米粒子相似的光谱学性质，这为其在生物检测中的应用提供了依据。但金纳米粒子在溶液中容易发生团聚，影响其性能。采用聚合物对金粒子表面进行修饰，制备杂化聚合物金纳米微球引起了人们的广泛关注。在该类复合材料中，采用金纳米粒子为核，并用能稳定金纳米粒子的聚合物作为壳，这是最为普遍也是研究最为广泛的复合方式。以聚合物为稳定剂一般具有以下优势：增强了金纳米粒子的稳定性；可通过调节聚合物组成和结构调节金纳米粒子的亲水亲油性、溶解性、相容性、可加工性；起到金纳米粒子表面功能化等。将智能聚合物引入金纳米粒子表面不仅可以提高其稳定性还可以赋予其随环境改变的智能响应行为，其中温敏金纳米微球成为近年来的研究热点。该类微球兼具温敏聚合物的温度响应行为和金粒子优异的特性，在智能光电器件、智能催化、分析检测、开关控制、纳米容器等领域有着巨大的潜在应用价值。目前所报道的温敏金纳米粒子表面一般接枝有线形或者超支化温敏聚合物，参见Cyrille Boyer, et al. Macromolecules, 2009. 42, 6917-6926;Yi Shen, et al. Angew. Chem. Int. Ed,2008. 47, 2227 -2230。由于聚合物尺寸较小，无法直接进行观测，且它们大都含有酰胺键，存在温敏回复过程较慢且生物相容性欠佳的问题。树枝化聚合物是近二十年来发展起来的一类新型非线形聚合物，它是由线性聚合物主链和作为侧基的树枝化基元组成，这样的构筑方式使得树枝化聚合物具有诸多优异的特点，包括堆积密度较高，单分子尺寸较大，处于纳米级，结构易于调节且内部富含空穴可高效负载客体小分子，存在第二维可调的直径且易于功能化。张阿方等制备了一系列温敏的烷氧醚基树枝化聚合物，参见Afang Zhang, et al. Macromolecules ,2008, 41, 3659-3667, Afang Zhang, et al. Chem. Commun, 2008, 5523-5525，发现该类聚合物不仅具有良好的生物相容性，且表现出优异的温敏性能，其相转变迅速，滞后性小，而且相变温度可通过多种方式加以调控，如改变树枝化基元代数、端基结构、OEG链长等。基于此类聚合物制备金纳米微球，开发新型拓扑结构的温敏聚合物金纳米微球，在药物控制释放、纳米容器以及智能光电材料等领域有着重要的学术意义和应用价值。

技术实现要素：

本发明的目的之一在于提供一种树枝化烷氧醚聚合物。

本发明的目的之二在于提供该聚合物改性的金纳米微球。

本发明目的之二在于提供该改性金纳米微球的制备方法。

为了实现以上发明目的，本发明分别进行了金纳米粒子与端基带有三硫酯的烷氧醚树枝化聚合物的合成，进一步二者在水溶液中反应得到树枝化聚合物金纳米微球。金纳米粒子采用文献报道的方法进行合成，参见FrensG, et al. Nature:PhysicalScience,1973,241(105),20-22，经光散射测定其平均尺寸为40 nm。为了得到端基（三硫酯）保留率较高的烷氧醚树枝化聚合物以高效的与金纳米粒子结合，首先制备了核点为丙烯酸甲酯的烷氧醚单体MG1，进一步采用光引发RAFT聚合反应制备得到了相应聚合物PG1。单体和聚合物的具体合成步骤如下：

根据上述反应路线，本发明采用如下技术方案：

一种树枝化烷氧醚聚合物，其特征在于该聚合物结构式为：

，

其中n = 100～400 。

一种树枝化烷氧醚聚合物改性金纳米微球，采用上述的树枝化烷氧醚聚合物对金纳米颗粒进行改性，其特征在于该金纳米微球是由末端带有三硫酯的树枝化烷氧醚聚合物与金纳米粒子表面通过金硫键，在金纳米粒子表面接枝上树枝化烷氧醚聚合物而形成温敏性树枝化烷氧醚聚合物改性金纳米微球，聚合物与金纳米粒子的质量比为1：1；

一种制备上述的树枝化烷氧醚聚合物改性金纳米微球的方法，其特征在于该方法的具体步骤为：

a.将溶有丙烯酰氯的干燥二氯甲烷溶液，滴加至溶有化合物树枝化烷氧醚苄醇G1-OH、三乙胺TEA和4-二甲氨基吡啶的干燥二氯甲烷溶液中，滴加过程中保持冰水浴温度0.5 h～1h后，在室温下继续搅拌4～6 h，后滴加甲醇终止反应；反应液依次用饱和NaHCO₃溶液和饱和NaCl溶液洗涤，无水MgSO₄干燥有机相，过滤，再经过提纯，得到树枝化烷氧醚单体MG1；所述的丙烯酰氯、树枝化烷氧醚苄醇、三乙胺TEA和4-二甲氨基吡啶的摩尔比为：1.5 : 1 : 5 : 0.5 ；

b.将步骤a所得树枝化烷氧醚单体、RAFT试剂按400：1～300：1的摩尔比溶于二甲基亚砜中，在惰性气体N₂保护下，在光引发下聚合反应在光引发下聚合反应24 h ～ 48 h；反应结束后加入二氯甲烷充分溶解反应液，并经提纯，得到温敏树枝化烷氧醚聚合物；

c.将步骤b所得温敏树枝化烷氧醚聚合物和金纳米粒子按质量比1：1相互共混，搅拌20 h之后再用高速离心机在20000 r/min、5^oC的条件下进行离心提纯30 min，用水重复洗三次以除去未接枝的聚合物，之后将得到的产物进行烘干，称重，即得到表面接枝有树枝化烷氧醚聚合物的金纳米微球。

此类温敏树枝化金纳米微球具有特定的尺寸优异的特点和性能的应用。所述该温敏树枝化金纳米微球具有特定的纳米级尺度（30～60 nm），且可以通过原子力显微镜实现整个微球形貌的观测；其具有优异温敏特性，在一定温度区间内（30～50^oC），可实现随温度升高迅速脱水塌缩，尺寸变小，且随着温度降低可重新水合溶胀，尺寸恢复原状。此外，此温敏树枝化金纳米微球具有较高负载能力以及良好的生物相容性，因此可应用于生物医用材料以及传感器等领域。

本发明具有如下突出特点和显著优点：

1.本发明的温敏树枝化金纳米微球具有良好的生物相容性，在人体温度附近表现出优异可逆的温敏收缩和溶胀行为。

2.本发明的温敏树枝化金纳米微球具有很好的分散性，而且可以用原子力显微镜对其形貌和尺寸大小进行清晰观测。

3.本发明提供的温敏树枝化金纳米微球的制备方法，反应条件温和，容易实施。

附图说明

图1为温敏树枝化烷氧醚聚合物的¹H NMR谱图；

图2为温敏树枝化烷氧醚聚合物的浊度曲线；

图3为金纳米粒子的透射电子显微镜和原子力显微镜图。a)为金纳米粒子的透射电子显微镜; b)为金纳米粒子的原子力显微镜图；

图4为温敏树枝化金纳米微球的透射电子显微镜和原子力显微镜图；a)温敏树枝化金纳米微球的透射电子显微镜; b)温敏树枝化金纳米微球的原子力显微镜图；

图5为温敏树枝化金纳米微球的尺寸随温度变化曲线。

具体实施方式

下面结合具体实例对本发明作进一步阐述，但这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明阐述的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。

本发明的优选实施例详述如下：

实施例一：

本发明涉及温敏树枝化金纳米微球的制备。

1.树枝化烷氧醚单体的合成

将溶有丙烯酰氯(2.50 g)的干燥DCM (10 mL)溶液，滴加至溶有化合物G1-OH(10.20 g)、TEA(8.10 g)和DMAP(0.39 g)的干燥DCM(100 mL) 溶液中，滴加过程中保持冰浴温度为0^oC，半小时后撤掉冰浴，再在室温下继续搅拌4 h，后滴加甲醇终止反应。反应液依次用饱和NaHCO₃溶液和饱和NaCl溶液洗涤，分液后用无水MgSO₄干燥有机相，过滤。再用硅胶柱层析提纯，得到树枝化烷氧醚单体MG1(6.80 g)，产率81%。

2.温敏树枝化烷氧醚聚合物合成

在10 mL反应管中分别加入树枝化烷氧醚单体（900 mg），RAFT试剂（1.58 mg）和DMSO （0.9 mL），抽真空半小时，置换N₂，将密闭的反应管置于LED蓝光引发装置中，聚合反应进行12~20 h，直至反应液粘度变大，磁子搅拌困难。加入适量DCM充分溶解，并经硅胶色谱柱提纯，得到温敏树枝化烷氧醚聚合物（650 mg），产率72%。温敏树枝化烷氧醚聚合物的核磁图谱参见图1。

3.温敏树枝化金纳米微球的制备

将所得温敏树枝化烷氧醚聚合物和金纳米粒子按质量比1:1相互共混，搅拌20 h之后再用高速离心机在20000 r/min、5^oC的条件下进行离心提纯30 min，用水重复洗三次以除去未接枝的聚合物，之后将得到的产物进行烘干，称重，即得到表面接枝有聚合物的温敏树枝化金纳米微球。

实施例二：在本实施例中，将所制备的0.005 wt%的金纳米粒子的水溶液，进行透射电子显微镜和原子力显微镜测试。参见图3。说明制备的金纳米粒子分散性很好。

实施例三：在本实施例中，将所制备的0.005 wt%的温敏树枝化金纳米微球的水溶液，进行透射电子显微镜和原子力显微镜测试。参见图4。说明成功的制备了温敏树枝化金纳米微球。

实施例四：在本实施例中，将所制备的0.005 wt%温敏树枝化金纳米微球的水溶液，进行动态光散射测试其尺寸随温度的变化。参见图5。说明温敏树枝化金纳米微球具有很好的温度敏感行为。

上面结合附图对本发明实施例进行了说明，但本发明不限于上述实施例，还可以根据本发明的发明创造目的做出多种变化，凡依据本发明技术方案的精神实质和原理做的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，只要符合本发明的发明目的，只要不背离本发明温敏树枝化金纳米微球的制备方法和应用的技术原理和发明构思，都属于本发明的保护范围。