一种两亲性共轭分子的合成方法及其功能调控方法

本发明属于材料合成领域，具体涉及一种两亲性共轭分子的合成方法及其功能调控方法。

背景技术：

1、共轭分子的π电子共轭体系使其具有特殊的光电特性，由有机共轭分子所制备的材料具有高荧光亮度、低细胞毒性、高生物相容性、活性氧(ros)生成能力、高光热转换效率(pce)等优势，是一种优良的治疗工具。与传统无机材料相比，共轭分子表现出了复杂的光学特性，光稳定性，在光诊疗中具有较高的临床应用前景。但是，由于共轭分子自身较强的疏水性质，传统的应用方法都是通过使用两亲性分子包裹使其形成在水相中分散的纳米粒子，同时，已报道的两亲性共轭分子的合成方法，比如纳米沉淀法，该方法使用两亲性分子包裹，制备出的两亲性共轭分子具有稳定性低、分子量低的缺陷，容易解离，同时也无法原位调控两亲性分子的弛豫过程进而调控其功能。

技术实现思路

1、针对上述问题，本发明提供一种新型的合成方法制备得到了一种新型的两亲性共轭分子。与传统的合成方法相比，本发明的合成方法是通过在偶联反应之前接枝亲水性侧链，导致所合成的两亲性共轭分子具有较高的分子量和较高的加工性质。然后引入共组装分子来调控两亲性共轭分子的弛豫过程进而调控其功能，从而制备稳定的、具有优异分散性、低毒性、能够产生光热效应和活性氧能力，能够用于杀菌的新型纳米材料。

2、本发明的目的在于提供一种两亲性共轭分子的合成方法及其功能调控方法。

3、所述两亲性共轭分子，其结构式如式i所示：

4、

5、式i中，

6、其中，所述共轭结构为利用吡咯并吡咯二酮、苝酰亚胺等受体结构与噻吩、苯环等给体结构所形成的给受体结构的共轭骨架；

7、所述两亲性分子可为：聚醚、聚苯乙烯马来酸酐、二硬脂酰基磷脂酰乙醇胺-聚乙烯亚胺(dspe-pei)及不同基团修饰的聚乙二醇(如：聚乳酸-羟基乙酸共聚物-聚乙二醇(plga-peg)、二硬脂酰基磷脂酰乙醇胺-聚乙二醇(dspe-peg))

8、所述不同基团修饰的聚乙二醇可选自：胺端peg(nh2-peg)、羧基末端的peg(cooh-peg)、硫醇封端的peg(sh-peg)、羟基封端的peg(oh-peg)、马来酰亚胺封端的peg(马来酰亚胺-peg)、叠氮封端的peg(azido-peg)、炔基封端的peg(alkyne-peg)、二硫键封端的peg(ss-peg)；

9、更具体可为：氨基-聚乙二醇-氨基(nh2-peg-nh2)，羧基-聚乙二醇-甲氧基(mpeg-cooh),羟基-聚乙二醇-马来酰亚胺(oh-peg-mal)，马来酰亚胺-聚乙二醇-甲氧基(mpeg-mal)，叠氮-聚乙二醇-甲氧基(mpeg-n3)，炔基-聚乙二醇-甲氧基(mpeg-alkyne)等。

10、包括如下p1-p8所示化合物但不仅限于以下结构:

11、

12、优选地，所述两亲性分子为不同基团修饰的聚乙二醇，式i所示两亲性共轭分子为如下任一种：

13、

14、在本发明的实施方案中，所述两亲性分子为叠氮聚乙二醇甲氧基(p6),式i所示两亲性共轭分子为:

15、

16、n表示聚乙二醇重复单元，可为10-50。

17、本发明所提供的两亲性共轭分子的合成方法，包括如下步骤：

18、先在共轭分子单体的侧链枝接亲水性侧链，然后再通过偶联反应得到两亲性共轭分子；

19、具体地，可通过click反应、酰胺化反应等将两亲性分子连接在共轭分子单体的侧链从而在共轭分子单体的侧链枝接亲水性侧链，具体可为click反应；

20、所述偶联的方法可为：suzuki偶联反应，stille偶联反应，yamamoto反应，sonogashira-hagihara反应，氧化偶联，希夫碱反应，环三聚化，吩嗪环融合反应和friedel-crafts芳基化反应，具体可为stille偶联反应。

21、具体地，本发明提供式ⅲ所示两亲性共轭分子的合成方法。

22、本发明所提供的式ⅲ所示两亲性共轭分子的合成方法，包括如下步骤：使得叠氮聚乙二醇甲氧基(p6)与式ii所示共轭分子单体反生click反应，从而在共轭分子单体的侧链接枝亲水性侧链，再通过偶联反应得到式ⅲ所示两亲性共轭分子，

23、

24、具体操作如下：

25、1)将式ⅱ所示化合物与无机盐和两亲性分子叠氮聚乙二醇甲氧基添加到一个装有无水氯仿的双口瓶中；该反应在氩气气氛下保护下进行过夜，经过click反应后，得到聚合单体；

26、2)然后将聚合单体与无机盐、催化剂、六甲基二锡和溶剂一起加入到惰性气体保护下干燥的双口瓶中，随后以注射器注入除水处理后的干燥的有机溶剂，进行三次冷冻除氧，在加热和无水无氧的条件下搅拌偶联反应，反应完毕后得到所述式ⅲ所示两亲性共轭分子，即两亲性共轭聚合物。

27、上述方法步骤1)中，所述无机盐可为碘化亚铜、溴化亚铜；

28、式ⅱ所示化合物的投料摩尔份数0.075～1.5份；

29、所述两亲性分子的投料摩尔份数为0.100～0.250份；

30、所述无机盐的投料摩尔份数为0.095～0.105份；

31、所述式ⅱ所示化合物与两亲性分子和无机盐的投料摩尔用量比具体为0.081：0.200：0.095；

32、click反应的温度可为25-80℃，具体可为75℃，时间可为24-72h，具体可为48h；

33、步骤2)中，所述无机盐可为碘化亚铜、溴化亚铜；所述催化剂可为四(三苯基膦)钯；

34、聚合单体的投料摩尔份数0.100～1.05份；

35、所述催化剂的投料摩尔份数为0.030～0.060份；

36、所述无机盐的投料摩尔份数为0.002～0.125份；

37、所述聚合单体与催化剂和无机盐、六甲基二锡的投料摩尔用量比具体为0.121：0.05：0.002:0.122；

38、所述偶联反应步骤中，温度可为70～90℃；

39、时间可为24～72小时；

40、所述偶联反应在溶剂中进行；所述溶剂具体为四氢呋喃。

41、本发明还提供一种两亲性共轭分子的功能调控方法。

42、本发明所提供的两亲性共轭分子的功能调控方法，为：向所述两亲性共轭分子中引入共组装分子改变两亲性共轭分子的弛豫过程进而调控其功能，

43、所述功能包括：光热性能、活性氧产生能力和近红外光照射后的抗菌能力。

44、所述共组装分子包括：阳离子型两亲性分子、阴离子型两亲性分子、非离子型两亲性分子中至少一种；

45、具体可为：聚(3-烷氧基-4-甲基噻吩)(pmnt)、十二烷基三甲基溴化铵(dtab)、十二烷基硫酸钠(sds)、十二烷基苯磺酸钠(sdbs)、五甘醇单十二烷基醚(c12e5)、聚乙烯醇(pva)、聚乙烯吡咯烷酮(pvp)中至少一种。

46、所述两亲性共轭分子的功能调控方法，包括如下步骤：

47、1)将两亲性共轭分子、共组装分子溶于有机溶剂中，低压旋蒸除去溶剂后得到第一溶液，加入超纯水混合并超声分散，得到纳米粒子的水溶液体系，鼓风吹惰性气体以除去水相中残留的有机相溶剂；

48、2)超滤除去不溶性固体杂质得到纳米粒子的水溶液，超纯水中透析；

49、3)冻干除水，得到两亲性共轭聚合物纳米粒子。

50、上述方法步骤1)中，所述有机溶剂可为：四氢呋喃、dmso、乙醇中的至少一种，两亲性共轭分子和共组装分子的摩尔量比可为1:1～10：1，具体可为1:1；

51、所述第一溶液与超纯水的体积比可为：2:1～1:10，具体可为1:1；

52、所述超声分散的时间可为：10～60min；

53、所述惰性气体具体可为氮气和/或氩气。

54、所述共组装分子可为：阳离子型两亲性分子、阴离子型两亲性分子、非离子型两亲性分子中至少一种；

55、具体可为：聚(3-烷氧基-4-甲基噻吩)(pmnt)、十二烷基三甲基溴化铵(dtab)、十二烷基硫酸钠(sds)、十二烷基苯磺酸钠(sdbs)、五甘醇单十二烷基醚(c12e5)、聚乙烯醇(pva)、聚乙烯吡咯烷酮(pvp)中至少一种；

56、上述方法步骤2)中，超滤用滤膜的孔径规格可为0.20μm、0.45μm、0.8μm，具体可为0.2μm；

57、透析用透析袋的规格可为mw＝1000、mw＝3500、mw＝7000、mw＝10000等，具体可为mw＝3500；

58、所述透析时间为24～96小时。

59、所述两亲性共轭分子纳米粒子中引入了共组装分子后，可以调控共轭聚合物的弛豫过程。在近红外光照射下，两亲性共轭聚合物纳米粒子可以产生光热效应、产生活性氧进而进行抗菌应用。

60、所述弛豫过程具体可为：在近红外光的照射下，有机共轭材料吸收光能，电子会被激发，从基态s0跃迁到单线态激发态sn，随后经历一个快速的内部转换过程到最低单线态激发态s1。从最低单线态激发态s1直接跃迁到基态s0，释放出能量。光子具有较低的能量和较长的波长，称为荧光。激发态也可以经历非放射性衰变到基态s0，这是由分子内运动介导的，分子与周围的分子相互碰撞引起的，也称为热失活的过程。这个过程造成光热治疗和光声成像。还可以从最低单重激发态(s1)迁移到最低三重激发态(t1)，这个过程称为系统间交叉窜越。处于t1态的激发态能量可以转移到附近的氧或底物上，导致单线态氧和自由基的产生。

61、所述近红外光具体可为：近红外短波(780～1100nm)和近红外长波(1100～2526nm)两个区域。

62、所述抗菌应用可以杀灭革兰氏阳性菌或革兰氏阴性菌。革兰氏阳性菌具体可为金黄色葡萄球菌；革兰氏阴性菌具体可为大肠杆菌。

63、由上述方法制得的两亲性共轭聚合物纳米粒子在光热材料、杀菌材料制备中的应用也属于本发明的保护范围。

64、所述杀菌材料为杀灭革兰氏阳性菌或革兰氏阴性菌的材料，

65、其中，所述革兰氏阳性菌具体可为金黄色葡萄球菌(s.aureus)；革兰氏阴性菌具体可为大肠杆菌(escherichia coli)。

66、引入共组装分子调控纳米粒子的功能后，纳米粒子表现出良好的光热效应和产生活性氧的性质。纳米粒子与细菌结合后，使用近红外激光对菌液与纳米粒子的混合溶液进行照射，可以实现杀菌的目的。

67、本发明创立了一种两亲性共轭分子的新型合成方法及其功能调控的方法。该种新型合成方法能够改变聚合物的最大紫外可见光吸收峰的强度，引入共组装分子后能够改变其弛豫过程，调控聚合物的功能，使该两亲性共轭聚合物纳米粒子能够产生活性氧和应用光热效应进行杀菌。

68、本发明的优点在于：

69、1、合成方法新颖，合成路线较短，反应产率较高，简单高效；

70、2、共轭聚合物结构确定，能够准确表征；

71、3、相较于其他共轭聚合物而言，引入共组装的分子形成的纳米粒子可以调控其光学性能。

72、4、此共轭聚合物具有两亲性和自组装效应，形成纳米粒子后吸收光谱红移，具有更强的光热效应；修饰亲水侧链基团，可以自组装形成纳米粒子，具有水溶性，较强的光热效应和产生活性氧能力，在生物医学领域具有非常广阔的应用前景。