一種氧化還原響應型嵌段共聚物囊泡及其制備方法與流程

本申請涉及一種氧化還原響應型嵌段共聚物囊泡及其制備方法，特別涉及一種具有兩親性的氧化還原響應型嵌段共聚物囊泡及其制備方法。

背景技術：

發展各類新型環境響應型組裝體一直是大分子自組裝領域的重要課題。目前通過溫度、光、pH值、溶劑極性、主客體分子識別、酶、氧化還原等方式來制備環境響應型組裝體獲得了快速發展。

近幾年，通過氧化或者氧化還原調控方式制備刺激響應型組裝體的報道開始引起了人們的關注。主要原理是將含硫、含硒、紫精、二茂鐵等氧化還原敏感基團引入到大分子自組裝體系中，通過這些基團在不同的氧化還原環境中親疏水性的變化調控大分子組裝體的聚集形態，從而制備出新型氧化或者氧化還原響應型組裝體。例如，Hubbell等合成出一類含硫兩親性嵌段共聚物聚乙二醇-b-聚硫化丙烯-b-聚乙二醇(PEO-b-PPS-b-PEO)，通過雙氧水的氧化，聚硫化丙烯部分被氧化成砜式結構，親水性提高，聚集體從還原態的囊泡結構轉變成氧化態的蠕蟲狀膠束。分子兩親性是影響分子組裝體形貌的關鍵因素，如果可以在溶液中動態地調節分子的親疏水性，則可以實現動態控制組裝體組裝的方式。又如，袁金穎等通過引入二茂鐵基團制備了一種新型氧化還原響應超分子囊泡體，這類組裝體由兩種均聚物利用非共價鍵正交連接，一段是末端修飾了β-環糊精(β-CD)的聚苯乙烯均聚物(PS-β-CD)，另一端是末端修飾了二茂鐵基(Fc)的聚環氧乙烷(PEO-Fc)，二者通過末端功能基團的主客體相互作用形成非共價鍵嵌段共聚物(PS-β-CD/PEO-Fc)，之后再進行分級組裝在水溶液中形成超分子囊泡。β-CD和Fc的主客體包合作用可以通過氧化還原的方式進行調節。在溶液中原位地施加一個適當的正點位，可以將中性的Fc末端氧化為帶正電荷的Fc⁺；而Fc⁺由于帶電，其靜電屏蔽作用及親水性均大大提高，會從β-CD的疏水內腔中解離出來，導致PS-β-CD/PEO-Fc囊泡的解組裝。有趣的是，可以通過向溶液中施加一個適當的負方向還原電壓而可逆調控，致使囊泡重新組裝。研究發現，在反復的正負電位刺激下，這類囊泡的組裝及解組裝的可逆性良好^[7]。在氧化還原過程中，二茂鐵基團有別于含硫、含硒等基團的是，其自身結構并未發生改變，只是發生了電子得失，從而影響了其親疏水性，這個過程幾乎完全可逆。這種有趣的性質使得二茂鐵基團作為氧化還原響應基團有望引入到其他可控自組裝體系，該實驗充分也顯示了二茂鐵基團在新型環境響應型組裝體領域的應用潛能。

技術實現要素：

本申請以一種含二茂鐵基兩親嵌段共聚物為研究對象，通過化學(添加氧化還原試劑)氧化還原二茂鐵基團，改變體系的親疏水分布，研究該嵌段共聚物在水溶液中聚集體形成、結構變化及可逆性的條件，設計、制備出一種基于二茂鐵基兩親嵌段共聚物的氧化還原響應型囊泡。

為解決上述技術問題：本申請提出一種氧化還原響應型嵌段共聚物囊泡，所述囊泡以含二茂鐵基兩親嵌段共聚物為對象，通過化學氧化還原二茂鐵基團，改變體系的親疏水分布，進行設計和制備，所述囊泡為基于二茂鐵基兩親嵌段共聚物的氧化還原響應型囊泡。

可優選的是，所述囊泡為三嵌段共聚物。

可優選的是，所述囊泡具體為：PFCn-b-PEO-b-PFCn；其中，n為本案件中共合成出三種不同n值的嵌段共聚物，即10，17，28，也可以通過改變單體的量進行調控，b為block的簡寫，嵌段的意思，PFC為聚甲基丙烯酸二茂鐵十一烷基酯)，PEO為聚乙二醇。

一種氧化還原響應型嵌段共聚物囊泡，如上述任一所述的所述囊泡共聚物囊泡，具有以下結構：

其中，n為本案件中共合成出三種不同n值的嵌段共聚物，即10，17，28，也可以通過改變單體的量進行調控)，b為block的簡寫，嵌段的意思，PFC為聚甲基丙烯酸二茂鐵十一烷基酯)，PEO為聚乙二醇。

可優選的是，合成該囊泡所選用的試劑為：分子量為20，000的聚乙二醇(PEO)、2-溴代異丁酰溴(>98％)、N，N，N’，N”，N”-五甲基二乙烯基三胺(PMDETA，99％)、溴化亞銅(CuBr)、三乙胺(TEA)、二氯甲烷、甲苯、分析純、其他試劑均為分析純、實驗用水。

可優選的是，所述分子量為20，000的聚乙二醇(PEO)中痕量的水分通過與甲苯減壓共沸蒸餾除去；所述溴化亞銅(CuBr)使用前用冰醋酸洗至無色，再分別用無水甲醇、無水乙醚洗三次，真空干燥，氮氣氣氛中保存；所述三乙胺(TEA)與對甲苯磺酸酰氯回流，蒸餾，CaH₂存在下儲存；所述二氯甲烷為分析純，用5％碳酸鈉溶液洗滌，再用水洗滌，然后用無水氯化鈣干燥，蒸餾收集40～41℃的餾分，保存在棕色瓶中；所述甲苯為分析純，使用前用鈉絲回流除水，常壓蒸餾；所述其他試劑均為分析純，使用前干燥、蒸餾；所述實驗用水均為高純水，Millipore凈化裝置處理Millipore：純化水用的一種凈化水裝置的品牌，電阻率≥18.2MΩ。

可優選的是，其合成路線為：

其中，共分為兩步反應，第一步原料分子量為20000的乙二醇、2-溴代異丁酰溴、三乙胺在甲苯反應，產物是大分子引發劑Br-PEO20000-Br；第二步是大分子引發劑Br-PEO20000-Br、單體甲基丙烯酸二茂鐵十一烷基酯和催化劑溴化亞銅、N，N，N’，N”，N”-五甲基二乙烯基三胺在甲苯中反應，得到最終產物PFCn-b-PEO-b-PFCn。

一種如上述任一所述囊泡的制備方法，其特征在于：包括如下步驟：

(1)在室溫下，將一定量的大分子引發劑Br-PEO20000-Br和催化劑CuBr加入到充氬氣的5mL Schlenk瓶中；

(2)用翻口膠塞密封，抽真空除氧，用氬氣清洗過的注射器加入脫氣的甲苯2mL溶解大分子引發劑，(3)加入按設計聚合度計量比的經脫氣的單體甲基丙烯酸二茂鐵十一烷基酯，液氮冷凍－抽真空－充氬氣解凍，循環三次除氧，用氬氣清洗過的注射器加入一定量的配體PMDETA；

(4)浸入預先加熱至80℃的油浴中，反應6h，液氮冷凍快速終止反應；

(5)將反應體系濃縮，加入石油醚：乙酸乙酯＝4:1的混合溶劑溶解，過柱，將未反應單體洗出后，然后用THF+5％三乙胺混合溶劑洗脫出粗產品；

(6)將粗產品溶解于少量二氯甲烷中，在大量正己烷中反復沉淀，得到純凈的三嵌段共聚物PFCn-b-PEO-b-PFCn，真空干燥至恒重。

可優選的是，所述步驟(1)中的所述大分子引發劑Br-PEO20000-Br和催化劑CuBr按1:2的摩爾比加入到充氬氣的5mL Schlenk瓶中。

可優選的是，所述步驟(3)中配體PMDETA加入的計量為大分子引發劑計的2倍。

附圖說明

圖1 PFCn-b-PEO-b-PFCn三嵌段共聚物示意圖。

圖2 PFCn-b-PEO-b-PFCn三嵌段共聚物的合成路線示意圖。

圖3為PFCn-b-PEO-b-PFCn的平衡表面張力對濃度的依賴性曲線。

圖4為嵌段共聚物M28-b-E454-b-M28聚集體的SEM圖(C＝1.0g/L)。

圖5為嵌段共聚物M28-b-E454-b-M28聚集體的TEM圖(C＝1.0g/L)。

圖6為M10-b-E454-b-M10的水溶液(C＝1.0g/L)聚集態粒徑變化圖。

圖7為M17-b-E454-b-M17的水溶液(C＝1.0g/L)聚集態粒徑變化圖。

圖8為M28-b-E454-b-M28的水溶液(C＝1.0g/L)聚集態粒徑變化圖。

具體實施方式

下面結合附圖對本申請作進一步詳細描述，有必要在此指出的是，以下具體實施方式只用于對本發明進行進一步的說明，不能理解為對本發明保護范圍的限制，該領域的技術人員可以根據下述內容對本申請作出一些非本質的改進和調整。

如圖1所示，為本申請PFCn-b-PEO-b-PFCn三嵌段共聚物的結構其中，n為本案件中共合成出三種不同n值的嵌段共聚物，即10，17，28，也可以通過改變單體的量進行調控，b為block的簡寫，嵌段的意思)，PFC為聚甲基丙烯酸二茂鐵十一烷基酯)，PEO為聚乙二醇)。

合成該囊泡所選用的試劑為：分子量為20，000的聚乙二醇(PEO)、2-溴代異丁酰溴(>98％)、N，N，N’，N”，N”-五甲基二乙烯基三胺(PMDETA，99％)、溴化亞銅(CuBr)、三乙胺(TEA)、二氯甲烷、甲苯、分析純、其他試劑均為分析純、實驗用水。

所述分子量為20，000的聚乙二醇(PEO)中痕量的水分通過與甲苯減壓共沸蒸餾除去；所述溴化亞銅(CuBr)使用前用冰醋酸洗至無色，再分別用無水甲醇、無水乙醚洗三次，真空干燥，氮氣氣氛中保存；所述三乙胺(TEA)與對甲苯磺酸酰氯回流，蒸餾，CaH₂存在下儲存；所述二氯甲烷為分析純，用5％碳酸鈉溶液洗滌，再用水洗滌，然后用無水氯化鈣干燥，蒸餾收集40～41℃的餾分，保存在棕色瓶中；所述甲苯為分析純，使用前用鈉絲回流除水，常壓蒸餾；所述其他試劑均為分析純，使用前干燥、蒸餾；所述實驗用水均為高純水，Millipore凈化裝置處理，Millipore：純化水用的一種凈化水裝置的品牌)，電阻率≥18.2MΩ。

圖2所示為PFC_n-b-PEO-b-PFC_n三嵌段共聚物的合成路線。

聚合反應具體過程：在室溫下，將一定量的大分子引發劑Br-PEO20000-Br和催化劑CuBr(按1:2的摩爾比)加入到充氬氣的5mL Schlenk瓶中，用翻口膠塞密封，抽真空除氧，用氬氣清洗過的注射器加入脫氣的甲苯2mL溶解大分子引發劑，加入按設計聚合度計量比的經脫氣的單體甲基丙烯酸二茂鐵十一烷基酯，液氮冷凍－抽真空－充氬氣解凍，循環三次除氧，用氬氣清洗過的注射器加入一定量的配體PMDETA(加入計量為大分子引發劑計2倍)。浸入預先加熱至80℃的油浴中，反應6h，液氮冷凍快速終止反應。將反應體系濃縮，加入石油醚：乙酸乙酯＝4:1的混合溶劑溶解，過柱(洗脫和展開劑：油醚/乙酸乙酯＝4/1)，將未反應單體洗出后，然后用THF+5％三乙胺混合溶劑洗脫出粗產品。將粗產品溶解于少量二氯甲烷中，在大量正己烷中反復沉淀，得到純凈的三嵌段共聚物PFCn-b-PEO-b-PFCn，真空干燥至恒重。

圖3為PFCn-b-PEO-b-PFCn的平衡表面張力對濃度的依賴性曲線，從圖中可以計算出M₁₀-b-E₄₅₄-b-M₁₀的CMC(臨界膠束濃度)為0.06g/L；M₁₇-b-E₄₅₄-b-M₁₇的CMC為0.07g/L；M₂₈-b-E₄₅₄-b-M₂₈的CMC為0.11g/L。結果表明三種嵌段共聚物的CMC非常接近。以M₂₈-b-E₄₅₄-b-M₂₈為例，其直觀聚集態照片如圖4和圖5所示；從TEM和SEM照片，可以看出嵌段共聚物形成了球狀囊泡結構。M₁₀-b-E₄₅₄-b-M₁₀和M₁₇-b-E₄₅₄-b-M₁₇也形成了類似的囊泡結構。

三種嵌段聚合物水溶液濃度為1g/L，其囊泡尺寸分布如圖6、圖7、圖8所示。可以看出，M₁₀-b-E₄₅₄-b-M₁₀形成的囊泡平均粒徑是142nm，M₁₇-b-E₄₅₄-b-M₁₇形成的囊泡平均粒徑是164nm，M₂₈-b-E₄₅₄-b-M₂₈形成的囊泡平均粒徑是190nm。隨著聚甲基丙烯酸二茂鐵十一烷基酯嵌段的增加，囊泡直徑逐漸增大。

為了進一步研究其囊泡變化規律，我們對三種聚合物進行了化學方法氧化還原，探討了其囊泡的變化。M₁₀-b-E₄₅₄-b-M₁₀化學氧化還原前后，其囊泡粒徑變化分布如圖6所示。從圖中可以看出，二茂鐵處于原始還原態時，平均粒徑為142nm，加入1.1倍摩爾量的硫酸鐵充分氧化后，溶液顏色從淡黃色轉變成藍色，平均粒徑增大到164nm，我們推測二茂鐵氧化后，變成親水基團，囊泡進一步溶脹所致。對于上述體系，我們繼續加入稍微過量具有還原性的抗壞血酸(Vc)，囊泡粒徑又降低到122nm，稍低于原始還原態時的粒徑，這說明，聚合物M₁₀-b-E₄₅₄-b-M₁₀的二茂鐵基團又處于疏水收縮狀態，體系的顏色也轉變回淡黃色。上述結果說明，我們可以成功通過化學氧化還原調控體系的自組裝形態。

研究聚合物M₁₇-b-E₄₅₄-b-M₁₇和M₂₈-b-E₄₅₄-b-M₂₈時，我們發現了類似的規律。具體來說，對于M₁₇-b-E₄₅₄-b-M₁₇化學氧化還原前后，其囊泡粒徑變化分布如圖7所示。原始還原態時平均粒徑為164nm，氧化后囊泡粒徑增大到190nm，還原后恢復到140nm；對于M₂₈-b-E₄₅₄-b-M₂₈化學氧化還原前后，其粒徑變化分布如圖8所示。原始還原態時平均粒徑為190nm，氧化后囊泡增加到220nm，還原后恢復到164nm；綜上所述，我們成功的發現了一類氧化還原響應型嵌段共聚物囊泡。

兩親性PFCn-b-PEO-b-PFCn三嵌段共聚物在水中能形成囊泡結構。可以通過化學氧化還原調控囊泡尺寸。即發明了一種基于二茂鐵基兩親嵌段共聚物的氧化還原響應型囊泡。

本申請所述三嵌段共聚物能夠隨著所述共聚物的聚甲基丙烯酸二茂鐵十一烷基酯嵌段的增加，囊泡直徑逐漸增大。并且能夠適應氧化還原反應，具備良好的可逆性，同時，大大提高了共聚物的親水性，并且具備疏水性，能夠在容易中動態調節分子的親疏水性，調整體系的組裝形態，改變粒徑大小，具備很好的適應性。