基于克酮酸菁修饰的两亲性嵌段共聚物的合成、自组装及其NIR光热转换性能的研究

作     者：姚澜 

作者单位：苏州大学 

学位级别：硕士

导师姓名：张丽芬;程振平

授予年度：2020年

学科分类：1007[医学-药学(可授医学、理学学位)] 081704[工学-应用化学] 07[理学] 070304[理学-物理化学(含∶化学物理)] 08[工学] 0817[工学-化学工程与技术] 0805[工学-材料科学与工程（可授工学、理学学位）] 080502[工学-材料学] 0703[理学-化学] 10[医学] 

主      题：两亲性嵌段共聚物 自组装 克酮酸菁 近红外 光热转换 

摘      要：作为近年来的研究热点,纳米材料在生物医用、信息传输等领域的应用越来越广泛。其中,两亲性嵌段共聚物自组装形成的纳米材料作为药物载体在肿瘤治疗中大放异彩。高分子类的纳米药物载体在药物输送过程中,具有生物毒性小、生物相容性好、体内循环时间长、可抑制网状内皮系统的选择性清除等优点,所以在肿瘤的靶向治疗等方面也有诸多应用。除此以外,在肿瘤组织的增强渗透滞留效应（EPR）作用下,具有光热转换性能的组装体可以自发地聚集到肿瘤组织处,借助外部光源,能够在短时间内提升该病变组织的温度,达到光热治疗（PTT）的效果。本论文结合克酮酸菁染料所特有的高效近红外（NIR）光热转换性能,立足于含有克酮酸菁染料的两亲性嵌段共聚物可控合成、自组装及NIR光热转换性能研究,为拓展两亲性嵌段共聚物在肿瘤治疗方面的应用提供新思路。以下是本论文的主要研究内容和主要结论:1.以PPEGMA为亲水性链段的两亲性嵌段共聚物的合成、自组装及其NIR光热转换性能研究在本体系中利用可逆加成-断裂链转移（RAFT）聚合,制备了以甲基丙烯酸苄酯（BnMA）为亲油性单体、甲基丙烯酸聚乙二醇单甲醚酯（PEGMA）为亲水性单体的具有特殊结构的一系列两亲性嵌段共聚物PBnMA-b-P（BAPMA-co-PEGMA）,其中BAPMA为甲基丙烯酸3-（BOC氨基）丙酯。分别使用凝胶渗透色谱（GPC）和核磁共振氢谱（1H NMR）确定了嵌段共聚物的分子量、分子量分布（Mw/Mn）及各单体的聚合度。研究了 PBnMA-b-P（BAPMA-co-PEGMA）在CH3OH/H2O共混溶剂中的自组装行为,并采用动态光散射（DLS）仪跟踪考察了亲水链段长度对自组装形成的胶束尺寸和多分散性指数（PDI）的影响。结果表明保持亲油链段长度不变,胶束的尺寸随着亲水链段长度的增加而增大。在三氟乙酸（TFA）作用下,PBAPMA链段脱BOC保护基团后（缩写为PAPMA）可以与合成的具有优良NIR光热转换性能的克酮酸菁NIR 800反应,得到NIR 800修饰的两亲性嵌段共聚物PBnMA-b-P（APMA-co-PEGMA）@NIR 800。该后修饰嵌段共聚物在CH3OH/H2O中自组装形成的胶束同样具有NIR光热转换性能。透射电子显微镜（TEM）下观察到了修饰前后的共聚物组装形成的胶束形貌及尺寸,胶束均呈球形,NIR 800修饰后胶束粒泾由52 nm降至38 nm。以近红外光（λmax=810nm,0.028 W/cm2）光照该胶束溶液1h后,其温度由20℃上升至53℃,说明克酮酸菁修饰的具有 NIR光热转换性能的胶束的成功合成,为其后期应用于肿瘤的光热治疗提供了可能。2.以PNIPAAm为亲水性链段的温敏性两亲性嵌段共聚物的合成、自组装及其NIR光热转换性能和可控药物释放行为研究在上述体系的研究基础上,为了增加两亲性嵌段共聚物的功能,本体系中选择N-异丙基丙烯酰胺（NIPAAm）代替上述体系中的亲水单体PEGMA,通过RAFT聚合制备得到了具有温敏性的两亲性三嵌段共聚物PBnMA-b-P（BAPMA-co-NIPAAm）-b-PNIPAAm。系统考察了各链段长度对胶束尺寸和后修饰效率的影响,经优化,组成为 PBnMA24-b-P（BAPMA6-co-NIPAAm3）-b-PNIPAAm6（T5）的两亲性嵌段共聚物通过后修饰,在DMF/H2O中自组装得到了尺寸约为123 nm,PDI约为0.115的球形胶束,此时NIR800的修饰效率为18.8%。近红外光（λmax=810nm,0.028W/Cm2）照射1h后,胶束溶液温度仅由20℃上升至37℃,升温效果不明显。但BAPMA的聚合度增至10时,组成为PBnMA18-b-P（BAPMA10-co-NIPAAm5）-b-PNIPAAm19（T14-3）的嵌段共聚物的修饰效率可达60.5%,且同样条件下胶束温度可由20℃升至50℃以上,表现出很好的NIR光热转换性能。利用UV-Vis（紫外-可见吸收光谱）仪测量不同温度下脱保护聚合物水溶液的透过率,通过温度-透过率曲线确定其相转变温度在41℃左右。以疏水性药物喜树碱（CPT）作为模型药物考察了后修饰胶束的药物温控释放能力,55℃时,72 h后其药物累计释放效率比25℃的药物累积释放速率高出70%,这从侧面验证了后修饰胶束的温敏性;另外,在CPT可控释放的基础上,该胶束还保持了稳定高效的NIR光热转换能力。细胞毒性实验显示了 NIR800、两亲性三嵌段共聚物和后修饰嵌段共聚物组装而成的胶束对人静脉内皮细胞的低毒性。因此,本体系中成功合成了 NIR800后修饰的温敏性胶束,它具有近红外光响应的药物可控释放和光热治疗双重潜在功能。3.探索通过ADMET聚合制备具有NIR光热转换性能的两亲性嵌段共聚物上述两个体系都是采用后修饰的方