基于环形聚合物单元的新型拓扑结构的聚合物的构建及其性能研究

With the development of polymerization techniques and emergence of high efficient coupling reactions, a library of cyclic polymers with various topologies and compositions have been synthesized. However, few complex copolymers using cyclic polymer as building blocks have been reported due to the synthesis difficulties. In this project, we focus on the synthesis of a series of novel topological amphiphilic copolymers using functional cyclic polymer by the combination of “living” anionic polymerization, “Glaser” coupling and Atom Transfer Nitroxide Radical Coupling (ATNRC). Because the stable free radical TEMPO group doesn’t interfere the “living” anionic polymerization and “Glaser” cyclization processes, tedious protective and deprotective steps can be avoided. Thus, the amount of synthetic work can be reduced greatly. Moreover, many kinds of monomers are suitable for “living” anionic polymerization and cyclic polymer precursors with various compositions can be obtained. The research results will not only rich the polymer architectures but also provide more model compounds for further understanding the relationship between the polymer structures and their properties. Meanwhile, the research results might provide series of novel materials with special properties and potential applications. In one word, this project has great theoretical and practical significance.

随着聚合技术的不断发展以及高效偶合方法的出现，多种不同组成、不同拓扑结构的环形聚合物被合成出来。但是，由于合成上的困难，由环形聚合物作为基本构建单元的复杂拓扑结构的聚合物还很少报道。本课题拟通过“活性”阴离子聚合、高效的“Glaser”分子内成环法、原子转移氮氧自由基偶合反应(ATNRC)的有机结合合成一系列由环形聚合物单元构建的拓扑结构新颖的两亲性多环聚合物。由于不影响“活性”阴离子聚合和“Glaser”成环过程，TEMPO基团不需要特别的保护与脱保护，从而大大减少了合成的工作量。此外，适用于“活性”阴离子聚合的单体比较多，可以得到组分多样性的环形聚合物单元。研究成果不仅会丰富聚合物的拓扑结构，为探索复杂结构聚合物结构与性能之间的关系提供更多的研究模型和实验基础，同时，将会提供一批具有潜在应用价值的新材料。本项目的开展具有重要的学术意义和潜在的应用价值。

单分子胶束是指聚合物链通过共价键连接到一个中心的胶束，由于其特殊的结构，当受到稀释、剪切力以及其它影响时仍可以保持良好的稳定性，可作为载体用于药物输送。除了具有良好的稳定性，作为理想的载体还应该具有能把药物输送到特定部位以及将药物以合适的速度释放出来的能力。本项目通过多种聚合方法与高效的偶合方法的有机结合合成了一系列功能性的单分子胶束，并作为载体用于输送药物。（1）通过ATRP和NRC的有机结合发展了一种高效制备树枝状聚酯的方法，并以合成出的聚酯为疏水性的核、PEG为亲水性壳且在表面带有RGD的“壳-核”结构聚合物PPMA-MPEG/PEG-RGD； 聚合物PPMA-MPEG/PEG-RGD在溶液中形成了粒径均匀的单分子胶束，可用于输送疏水性DOX， 通过体外细胞实验证明聚合物PPMA-MPEG/PEG-RGD具有良好的生物相容性；（2）通过开环聚合、RAFT聚合与“Click”偶合的结合制备了以CD为中心具有温敏和还原双重响应性的“Y”形多臂星形聚合物CD-PCL-SS-PEG(PNIPAM)；聚合物CD-PCL-SS-PEG(PNIPAM)在溶液中形成了纳米球形单分子胶束，可用作输送DOX的载体；体外药物释放研究证明，在GSH存在下，载药胶束释放药物的速度较快，表现出了还原响应性的特点；通过体外细胞实验证明聚合物CD-PCL-SS-PEG(PNIPAM)具有良好的生物相容性；（3）通过RAFT聚合与“Click”相结合，合成了“V”形多臂星形聚合物CD-g-(PEG-v-PNIPAAm)7，其中CD内部的疏水性空腔可包合疏水性药物；通过温度诱导PNIPAAm链段聚集，聚合物在水中可形成超分子纳米聚集体，而PEG嵌段可有效增加聚合物在溶液中的溶解性；研究结果表明通过包合作用负载PTX的聚合物CD-g-(PEG-v-PNIPAAm)7的聚集体可有效抑制癌细胞的生长。