全降解全亲水性聚己内酯基共聚物的合成及其自组装

Double hydrophilic copolymers (DHCs) attract increasing interest due to the stimuli-responses, structure changes and the abundant shlf-assenmbly forms. However, the stduies on the biodegradable DHCs are still very limited and hardly any reports of the biodegradable double hydrophilic aliphatic polyester could be found up to now. The proposed project focuses on the study of the biodegradable double hydrophilic polycaprolactone based copolymers. First, water soluble poly(4-amino-ε-caprolactone)-b-poly(6-methylcarboxyl-ε- caprolactone) block copolymers will be synthesized via ring-opening polymerization of newly developed monomers, γ-(carbamic acid benzyl ester)-4-caprolactone and, 6- (benzyloxycarbonylmethyl)-ε-caprolactone using Sn(Oct)2 as catalyst; Double hydrophilic polycaprolactone / poly(α-amino acid) copolymers with block, graft, and block/graft structure will be synthesized via NCA using poly(4-amino-ε- caprolactone) as macroinitiator. Second, the driving force for the self assembly of the synthesized DHCs will be studied on the aspects of the polymeric structure (block, graft, and block/graft) and the functional groups of the DHCs. The schizophrenic micellization of DHCs will be adjusted by changing the polymeric structure and the external stimulus. The novel biodegradable double hydrophilic polycaprolactone based copolymers that have significant potential application in biomedical field are expected to be successfully synthesized with the fund of the proposed project.

全亲水性共聚物自组装系统具有良好的刺激响应性、结构可逆性以及丰富的自组装形态等优点，已成为大分子自组装领域的研究热点。然而，可生物降解吸收的全亲水性共聚物的研究很少，全降解全亲水性脂肪族聚酯基共聚物的研究尚为空白。本项目聚焦全降解全亲水性聚己内酯基共聚物研究，以4-氨基甲酸苄基酯-ε-己内酯为基本单体，通过与羧基官能团化己内酯单体共聚制备双亲水性聚（4-氨基-ε-己内酯）-b-聚（6-羧基-ε-己内酯）嵌段共聚物；通过NCA方法与氨基酸共聚，制备三类（接枝、嵌段、嵌段/接枝）全亲水性聚己内酯/多肽共聚物。重点研究不同侧基官能团对大分子自组装驱动力的影响、不同共聚物结构类形对自组装导向作用的差异，通过调节共聚物结构以及外部环境条件来调控其刺激响应的多重胶束化行为。项目将首次制备一类新型的全生物降解的全亲水性聚己内酯基共聚物，拓展双亲水性共聚物的研究领域，在生物医用领域有潜在的应用前景。

全亲水性共聚物自组装体系具有良好的刺激响应性，结构可逆性以及多级组装形态等特点，受到了研究者广泛的关注。然而，可生物降解的全亲水性共聚物研究较少，基于脂肪族聚酯基的全降解全亲水性聚合物研究尚为空白。本项目聚焦于全降解全亲水性聚己内酯基共聚物的研究，通过有机合成的方法筛选活性官能团保护基团，制备了带异丙胺和二乙胺的谷氨酸内酸酐以及相应的聚氨基酸共聚物，通过改变聚合物中侧基取代基的比例，实现了对聚谷氨酸衍生物二级结构的调控，进而研究了其对材料温敏性的影响。根据相同的合成策略，我们制备了带保护基的阴离子己内酯单体6-甲酸对甲基苄基-ε-己内酯和阳离子单体4-甲酸苄基哌啶內酯；通过对阴阳离子单体聚合动力学以及脱保护条件的摸索，制备了结构完全可控的全亲水性聚（6-羧酸-ε-己内酯）-b-聚（4-氨基-哌啶內酯）嵌段共聚物；以制备的端基为氨基的聚（6-甲酸对甲基苄基-ε-己内酯）为大分子引发剂，与赖氨酸NCA共聚，制备了结构可控聚（6-羧酸-ε-己内酯）-b-聚（L-赖氨酸）类型的共聚物。以上述两类聚合物为重点研究对象，探究了其在水溶液的自组装行为。通过改变共聚物的结构组成以及外部环境（pH和离子溶度等），借助1HNMR，DLS，TEM，圆二色谱等表征方法，发现聚酯/聚酯和聚酯/聚肽类型的共聚物具有明显的“Schizophrenic”现象，在酸性和碱性条件下存在核壳反转胶束化组装行为。由于聚肽拥有多级构象，因而聚酯/聚肽类型的共聚物的组装行为更为丰富，在酸性条件为囊泡的聚集体。此外，这类全降解全亲水性聚己内酯共聚物作为药物载体材料，可实现对抗癌药物紫杉醇和姜黄素的有效包载。共聚物上的活性官能团均也能进行后修饰，可以制备侧基悬挂多种荧光素（FITC，芘或萘）的功能化全亲水性聚合物材料。项目首次制备了一类新型的全生物降解的全亲水性聚己内酯基共聚物，拓展双亲水性共聚物的研究领域，在药物载体和荧光探针方面具有有潜在的应用前景。