多组分混杂接枝共聚物的设计及应用探索分析研究高分子材料学专业.docx

目录中文摘要1Abstract2第1章前言4第1.1节研究背景4第L2节研究目的及意义4第2章实验准备5第2.1节实验仪器5第2.2节实验原料5第2.3节表征方法6第3章实验内容6第3.1节单体合成63.1.1 映喃保护.马来酸好(PMAH)的合成63.1.2 吠喃保护-N-(I-羟甲基)羟乙基马来酰亚胺(P-Ml(OH%)的合成73.1.3 N-(I-羟甲基)羟乙基马来酰亚胺(MI(OHb)的合成.73.1.4 吠喃保护-N-(I-澳代异丁酰氧基甲基2漠代异丁酰氧基)乙基马来酰亚胺(P-MI(Br券)的合成83.1.5 N-(I-澳代异丁酰氧基甲基-2-澳代异丁酰氧基)乙基马来酰亚胺(Ml(Br历的合成83.1.6 苯乙烯化聚乙二醇单甲醛(St-PEG)的合成8第3.2节聚合物的合成93.2.1 P(MI(Br)2-C-St-PEG-W-MI(OH)2)(PMSM)的合成93.2.2 P(MI(Br)2-c。-St-PEG-Co-MI(PCL)2)(Pl)的合成93.2.3 P(MI(PrBA)2-Ca-St-PEG-W-MI(PCL)2)(P2)的合成93.2.4 P(Ml(PAA)2co-St-PEG-Co-MI(PCL)2)(P3)的合成11第3.3节水相自组装和刺激响应性11第3.4节载药聚集体的制备及药物释放行为研究11第4章结果与讨论12第4.1节PMAH的表征12第4.2节单体引发剂MI(OH)2的表征13第4.3节单体引发剂Ml(Br)2的表征13第4.4节大单体St-PEG的表征15第4.5节多组分混杂接枝共聚物的合成与表征15第4.6节聚合物的自组装及刺激响应性20第4.7节体外药物释放行为研究20第5章总结与展望21参考文献22致谢24附录25多组分混杂接枝共聚物的设计及应用探索中文摘要近年来，随着高分子科学的迅速发展，接枝聚合物因其独特的结构与性能,不断进入大家的视野。研究者们通过控制合成具有精密拓扑结构的接枝聚合物及其衍生物，可望获得一些具有特殊物理化学性能的高分子，具体表现在聚集体自组装和刺激响应性上。可逆加成-断裂链转移(RAFT)聚合、开环聚合(ROP)和原子转移自由基聚合(ATRP)的发展为聚合物的合成带来了巨大的推进。因此,设计合成一种多组分混杂接枝共聚物，并探索其在生物医用领域的潜在应用，具有重要的意义。本文以苯乙烯-马来酰亚胺这组典型的交替共聚结构为基础，运用RAFT聚合、RoP、ATRP和水解反应，引入一些响应性基团，成功合成了目标接枝共聚物P(Ml(PAA)2coSt-PEG-coMI(PCL)2)(P3),并初步探究其水相自组装行为、刺激响应性和药物负载及释放的能力。具体实验如下：以含双硫键的对称型RAFT试剂S-CPDB作为链转移剂,进行苯乙烯化聚乙二醇单甲醛(St-PEG)>双羟基马来酰亚胺(MI(OH)2)和双溟化马来酰亚胺(MI(Br)2)的RAFT共聚，得到无规接枝共聚物PMSM。然后，依次进行己内酯(CL)的R0P、丙烯酸叔丁酯(/BA)的ATRP和选择性水解反应，合成混杂刷形共聚物P3。根据IHNMR和GPC结果分析，各种聚合物的分子量可控性较好,分子量分布指数(D)在1.40-1.63之间。接着，进行了水相自组装，发现在改变PH和加入DTT(IomM)时，聚合物的尺寸不断改变，形貌呈球形胶束，具有较好的稳定性。最后，进行了体外药物释放实验，发现负载阿霉素的聚集体具有较高的药物包封率(83.6%)和药物负载率(16.7%),在37。(2、48h时药物累积释放量分别为：58.7%(pH5.3+DTT)>49.7%(PH7.4+DTT)、43.1%(pH5.3)和29.3%(pH7.4)o这些结果表明，含线型和两种V型侧链的混杂接枝共聚物可望能作为一类有一定应用前景的纳米载体。关键词：多组分混杂接枝共聚物；水相自组装；刺激响应性；药物控释作者：顾浩亮指导老师：赵优良教授DesignandApplicationofMulticomponentHeterograftedCopolymerAbstractInrecentyears,withtherapiddevelopmentofpolymerscience,graftedpolymershaveenteredthefieldofvisionbecauseoftheiruniquestructureandproperties.Bycontrollingthesynthesisofgraftpolymersandtheirderivativeswithprecisearchitecture,theresearchersexpecttoobtainseveralpolymerswithspecialphysicochemicalproperties,whicharemanifestedinself-assemblyandstimuli-responsiveness.Thedevelopmentsofreversibleaddition-fragmentationchaintransfer(RAFT)polymerization,ring-openingpolymerization(ROP)andatomtransferradicalpolymerization(ATRP)havebroughtatremendousadvancementtothesynthesisofpolymers.Therefore,itisofgreatsignificancetodesignamulticomponentheterograftedcopolymerandexploreitspotentialapplicationsinthebiomedicalfield.Basedonthetypicalalternatingcomonomerofstyreneandmaleimide,thetargetgraftcopolymerP(MI(PAA)2-co-St-PEG-co-MI(PCL)2)(P3)wassynthesizedsuccessfullybyusingRAFTpolymerization,ROP,ATRPandhydrolysisreaction.Meanwhile,somepropertiessuchasaqueousself-assemblybehavior,stimuliresponsiveness,anddrugloadingandreleasepropertieswereinvestigated.Themainexperimentsarelistedbelow:RAFTcopolymerizationofStyrenenicpolyethyleneglycolmonomethylether(St-PEG),2V-(1-hydroxymethyl)hydroxyethylmaleimide(MI(OH)2)andN-(1-bromoisobutyryloxymethyl-2-bromoisobutyryloxy)ethylmaleimide(MI(Br)2)mediatedbyadisulfide-containingRAFTreagentS-CPDBwasinitiallyperformedtosynthesizetherandomgraftcopolymerP(MI(Br)2-co-St-PEG-co-MI(OH)2)(PMSM).Then,successiveROPof-caprolactone(CL),ATRPof/et-butylacrylate(rBA)andselectivehydrolysisofPrBAgraftswereperformedtoobtainheterograftedbrushlikecopolymerP3.Asrevealedby1HNMRandGPCanalysis,allsynthesizedpolymerswerecontrollableinmolecularweightandthedispersityrangedbetween1.40and1.63.Thepolymercouldselassembleintomorphologyofsphericalmicellesinaqueoussolution,andthesizesofcopolymeraggregatesconstantlychangeduponpHadjustmentandadditionof10mMDTT.Inaddition,invitrodrugreleaseexperimentswereconducted,wheretheDOX-Ioadedcopolymeraggregateshadrelativelyhighdrugencapsulationefficiency(DLE=83.6%)anddrugloadingcontent(DLC=16.7%),andthecumulativereleasesat37for48hwere58.7%(pH5.3+DTT),49.7%(pH7.4+DTT),43.1%(pH5.3),and29.3%(pH7.4),respectively.OurpreliminaryresultsrevealedthattheresultantheterograftedcopolymerwithlinearandtwotypesofV-shapedgraftsmayhavegreatpotentialasnanocarriersforsmartdrugdeliverysystem.Keywords:multicomponentheterograftedcopolymer;aqueousself-assemblybehavior;stimuliresponsiveness;drugloadingandreleaseWrittenby:HaoliangGuSupervisedby:Prof.YouliangZhao第Ll节研究背景众所周知，接枝聚合物是由线型主链和与其相连的接枝侧链所组成的一类聚合物,具有与众不同的结构。它们同线型类似物相比，具有不同的物理化学性能，因而受到了广泛关注。其中，多组分混杂接枝共聚物含有两种及以上的接枝侧链，具有更加复杂的结构。本文主要结合本文主要结合可逆加成-断裂链转移(RAFT)聚合、开环聚合(ROP)原子转移自由基聚合(ATRP)和水解反应控制合成同时含有线型和两种V型侧链的混杂接枝共聚物,研究了水相自组装行为、刺激响应性和药物包载与释放性能，并初步探索了聚合物在生物医用纳米载体上的应用潜力。RAFT聚合可用于合成接枝聚合物。Chiefari等利用链转移剂成功实现了多种单体的RAFT聚合，此方法适用于各种单体和反应条件，并具有分子量可控和分子量分布指数较低等特点。最近，FoSter等在使用RAFT聚合进行接枝时，发现一种新方法，并称之为“Transferto”。他们讨论了用RAFT试剂法制备接枝聚合物时的几个影响因素，包括CTA选择、单体结构以及反应条件如溶剂、温度和压力。最后得到结论，使用这种方法制备高纯度的接枝聚合物，应该选择能使终止最小化和降低空间屏蔽的条件。ATRP是合成聚合物的另一种重要手段。MatyjaSZeWSki等首先介绍了ATRP的基本机理和合成特征,其重点为包括超低浓度CU催化剂的各种催化引发体系；随后介绍了ATRP的主要成分，如单体、引发剂、催化剂和各种添加剂以及它们的作用，并说明它们的反应活性与结构相