胶束@纳米凝胶核壳结构复合自组装体可控构筑及其主-客体性能研究

This project combines two driving forces derived from both intermolecular interaction and covalent bonding for the self-assembly of micelles and nanogels to construct micelle@nanogels composite assembly with complicated structure. The composite nanoassembly retains the key features of both assemblies and these assemblies can be designed to be synergistically effective. We discuss the morphology, property control of composite assembly and their key fundamental issues associated with the stable encapsulation, sequential and targeted release of two drugs.. (1) Random/block copolymers with adjustable component, chain sequence and sensitivity can be synthesized by monomer design and controlled polymerization. The self-assembly of these building blocks leads to the formation of pH responsive micelles and redox (or glucose) sensitive nanogels. (2) Controlled amount of nanogels can be assembled on the surface of micelles through chemical reaction to form composite assembles. (3) We achieve for the first time that the positive charge on the micellar surface can be shielded by neutral nanogels, and this shielding effect is dispelled in response to a slight change of pH. (4) Both nanogels and micelles are capsules, making it possible for the composite assemblies to encapsulate two different drugs and achieve sequential release in response to two stimuli.

本申请提出分子间相互作用与共价键两种驱动力引导胶束和纳米凝胶自组装，构筑具有高级结构的胶束@纳米凝胶复合自组装体。在充分保留各自组装基元本征性能的同时实现胶束和纳米凝胶的协同作用。探讨复合自组装体形貌、性能调控及其与两种药物稳定负载并分步、靶向释放的相关基础问题。.（1）通过单体分子结构设计和聚合物可控合成获得组成、序列结构、响应性可调的无规或嵌段共聚物，以其为基元自组装形成pH敏感性胶束和氧化-还原（或葡萄糖）敏感性纳米凝胶。（2）以表面化学反应为驱动力将纳米凝胶数量可控地自组装于胶束表面构筑复合自组装体。（3）首次以电中性纳米凝胶屏蔽胶束的表面正电荷，并且可响应外界pH微弱变化解除电荷屏蔽，有效实现表面电荷反转。（4）构筑复合自组装体的两种基元均可作为药物载体，不仅可稳定负载两种药物分子，而且可独立接受外界不同的刺激分步解组装释放出其内部所包埋的药物分子。

本项目围绕双亲性聚合物设计与自组装驱动力开发，以纳米胶束、纳米凝胶、无机纳米粒子为基元，可控构筑具有复杂结构的多级自组装体，实现各基元间协同增效并衍生出新特性。探讨复杂结构自组装体的形貌、性能调控及其与两种客体分子稳定负载并分步、靶向释放的相关基础问题。主要研究结果如下：.（1）从单体及聚合物组成、结构和官能团设计入手，可控制备一系列链段中嵌有环氧基、醛基、氨基、苯硼酸基、邻苯二酚基的双亲性聚合物。为功能聚合物的设计合成提供范例，详细探讨了反应性官能团对活性聚合的影响机制。.（2）研究了有机-金属配位、B-N配位、共价键形成反应等驱动力在聚合物有序化过程中的关键机理。重点分析了两种驱动力协同作用下的聚合物自组装体尺寸、形貌和性能的调控机制，为功能聚合物自组装体的构筑探索新途径。其中，有机-金属配位、动态共价键形成反应驱动下的自组装行为，在智能型纳米材料制备领域具有一定意义。.（3）设计合成一系列纳米胶束、凝胶、无机粒子，以其为自组装基元，依靠表面化学反应、配位作用，驱动纳米基元有序化构筑复杂结构自组装体。解决了面化学反应及配位作用对双亲性聚合物亲疏水性平衡影响的关键科学问题。在保持个自组装基元本征性能独立性的同时，实现基元间协同增效，并衍生出新功能。.（4）探讨了复杂结构自组装体的pH、温度、氧化-还原、蛋白质、糖类响应性；分析了复杂结构自组装体中个基元接受外界刺激，分步或协同响应的关键机制；重点研究了客体分子从自组装体内部分步、可控释放的动力学过程。.（5）将所制备的纳米胶束、纳米凝胶、复杂结构自组装体应用于生物医学领域，着重探讨了自组装体的细胞毒性、生物相容性以及细胞摄取性能。探讨了组成、结构合形貌对自组装体生物医学性能的影响，为功能药物载体的开发提供新思路。