一种具有ucst和氧化还原响应性的四臂星型聚合物稳定纳米胶束的制备方法
【技术领域】
[0001]本发明属于高分子材料和生物医学工程领域，具体涉及一种具有UCST和氧化还原响应性的四臂星型聚合物稳定纳米胶束的制备方法。
【背景技术】
[0002]两亲性星型聚合物是一种具有规整结构的复杂形状聚合物，由于结构的特殊性，使其具有独特的微相形态，以及某些特殊性质和功能。星形聚合物的力学性质、光学性质、磁学性质、电学性质以及化学性质明显不同于线型聚合物，因此，期优越的功能性受到广泛的青睐。而设计并合成出新型的具有确定结构的两亲性星型聚合物则是进行这些研宄的前提。更是当今高分子领域的研宄热点。Panja (Panja, S; Saha, B;Ghosh, S.K.Synthesis of Novel Four Armed PE-PCL Grafted SuperparamagneticandB1compatible Nanoparticles [J].Langmuir 2013，29，12530 - 12540)通过将 ε-己内酯与季戊四醇接枝反应得到的四臂共聚物季戊四醇-聚ε -己内酯，再接枝到经硅烷修饰的磁性纳米粒子上制备具有良好的生物相容性的新型聚合物。Wang (Wang, L;Di, S.B;Wang, ff.X.Tunable Temperature Memory Effect of Photo-Cross-Linked StarPCL-PEGNetworks [J].Macromolecules 2014, 47, 1828 - 1836) StarPCL-PEG 通过与肉桂进行单一光交联制备一种有良好生物相容性和生物降解性的交联星型聚合物，此聚合物同时具有出色的温度记忆效果。
[0003]环境响应型聚合物又称智能聚合物或刺激响应型共聚物，即受到外界环境的微小的刺激下，自身会相应地发生某些物理或化学性质变动态且可逆的变化的聚合物。其中外界刺激因素包括电场、磁场、离子强度、PH值、温度等物理和化学刺激，自身性质包括形状、相态、表面能、渗透速率或识别性能等。在环境响应型聚合物在药物缓释的输送载体、生物分离、催化剂或酶等生物大分子的保护载体、智能或仿生体系、生物传感器和生物分子诊断等生物医学和纳米技术领域的诸多应用，因此引起了人们的广泛关注。由于两亲性聚合物的优秀性质，以及环境响应型聚合物在很多领域的应用价值，所以两亲性环境响应型聚合物已经成为了研宄热点。Zhao (Housni，A and Zhao，Y.GoldNanoparticles Funct1nalized with Block Copolymers Displaying Either LCST orUCST Thermosensitivity in Aqueous Solut1n[J].Langmuir.2010, 26, 12933 - 12939)通过PDMAEMA的季胺化反应制备了具有UCST的聚合物Quaternized-PEO-fPDMAEMA，然后将其与金纳米复合，并研宄了所得杂化粒子的温度响应性，结果表明金纳米粒子在LCST和UCST时有稳定的分散性，这篇文献提供了一个可靠方面的方法研宄金属纳米粒子与高分子聚合物外衣相结合的功能化。
[0004]利用季戊四醇本身结构具有高度的对称性，小的毒性，结合开环聚合、酯化和原子转移自由基聚合等聚合方法，在季戊四醇侧基上引入具有UCST的温度响应性的聚甲基丙烯酸N，N-二甲基氨基乙酯链段和具有氧化还原响应性的二硫键链段，可以制备以四臂星型为结构的温度响应性和氧化还原响应性的接枝嵌锻共聚物，这在生物医学、纳米药物载体等领域将具有广泛应用。
【发明内容】
[0005]本发明的目的在于提供一种具有UCST和氧化还原响应性的四臂星型聚合物稳定纳米胶束的制备方法。
[0006]本发明的目的是将具有UCST的温度响应性的嵌锻聚合物作为支链引入到季戊四醇上，使所获得的接枝共聚物同时具有良好的支化结构、生物相容性、生物降解性、生物活性、UCST温度响应性、氧化还原响应性，并将此接枝共聚物溶于水中得到具有UCST的温度响应性和氧还原响应性的稳定纳米胶束。本发明用商品化的季戊四醇、ε-己内酯单体和甲基丙烯酸N，N-二甲基氨基乙酯单体、硫代二丙酸等，采用开环聚合、酯化和原子转移自由基聚合等聚合方法，制备一系列单体比例不同的(聚己内脂-SS-聚甲基丙烯酸N，N-二甲基氨基乙酯)支链的四臂星型的UCST的温度响应性和氧化还原响应性接枝-嵌锻共聚物。
[0007]本发明提出的一种具有UCST和氧化还原响应性的四臂星型聚合物稳定纳米胶束的制备方法，具体步骤如下:
(1)将季戊四醇提前进行活化，加入ε-己内酯单体进行混合，得到混合物；再将开环聚合催化剂A加入混合物中，开环聚合催化剂A加入的物质的量为加入的ε -己内酯单体的物质的量的I?1.5倍；
(2)在60?120°C下将步骤(I)所得产物剧烈搅拌24?48小时，经浓缩，沉淀，抽滤，并真空干燥后，得到以四臂星型为结构的大分子接枝聚合物(Star PCL);
(3)将溴化剂B和醇类C进行反应制备一端为羟基一端为溴的溴化物；
(4)将步骤(2)得到的大分子接枝聚合物溶解于溶剂D中，加入硫代二丙酸和大分子接枝聚合物(Star PCL)上端羟基或氨基摩尔数I?10倍量的脱水剂E，得到带有二硫键的聚合物(Star PCL _ss);
(5)将步骤(4)所得的StarPCL-ss与步骤(3)得到的一端为羟基一端为溴的溴化物继续进行酯化反应，得到原子转移自由基聚合(ATRP)的大分子引发剂(Star PCL-ss-Br);
(6)将步骤(5)所得的ATRP大分子引发剂溶于溶剂F，加入单体甲基丙烯酸N，N-二甲基氨基乙酯，单体甲基丙烯酸N，N-二甲基氨基乙酯的具体加入量按所设计的分子量及其性能确定，加入催化剂溴化亚铜、配位剂以及N，N，N’，N，’ N’ ’ -五甲基二亚乙基三胺，体系在氩气或氮气保护下反应，反应温度为40?120°C，反应2?24小时，并经沉淀、真空干燥，即得到产物(Star PCL-沪PDMAEMA)；
(J)将步骤(6)所得产物溶解于溶剂F中，加入I, 3-丙磺酸内醋搅拌过夜，进行完全季铵化，得到最终所需产物(季铵化的Star PCL-f PDMAEMA)。
[0008]本发明中，所述开环聚合催化剂A为异辛酸亚锡的甲苯溶液、辛酸亚锡的甲苯溶液、氯化氢的乙醚溶液、天然羟基酸或三氟甲磺酸中的某一种。
[0009]本发明中，所述溴化剂B为2-溴代异丁酰溴、N-溴代丁二酰亚胺、2-溴丙酰溴或溴乙酰溴中的任一种。
[0010]本发明中，所述醇类C为乙二醇，1,3-丙二醇或2，3- 丁二醇中的任一种。
[0011]本发明中，所述溶剂D为四氢呋喃、苯、乙醚或四氯化碳中的一种或几种。
[0012]本发明中，所述脱水剂E为N，N- 二环己基碳二亚胺、4- 二甲氨基吡啶、氯磺酸或亚硫酰氯中的一种或两种。
[0013]本发明中，所述溶剂F为所述的溶剂F为四氢呋喃、苯、乙醚或四氯化碳中的一种或几种。
[0014]本发明的有益效果在于:
本发明原料来源广泛，所用的季戊四醇、ε -己内酯、甲基丙烯酸N，N-二甲基氨基乙酯单体、硫代二丙酸、脱水剂、溶剂、催化剂、配位剂、引发剂、溴化剂、1，3-丙磺酸内脂等均可工业化生产，合成方法简单易行。合成的两亲性以四臂星型为结构的接枝嵌锻共聚物具有UCST的温度响应性、氧化还原响应性、生物相容性以及生物可降解性。共聚物在水中可以很容易地组装为稳定纳米胶束。所得稳定纳米胶束