两亲性接枝共聚物是指同一分子中具有亲水链段和疏水链段的聚合物，它们在选择性溶剂中能够自组 装形成胶束研究结果表明，这种胶束能够把疏水性药物分子组装到其内部，可延长药物在血液中 的循环时间，提高对药物的控释能力[3’4]，在药物控制释放、基因载体和靶向药物传递方面具有广泛的 应用前景&7].聚氨基酸是由氨基酸环内酸酐在伯胺引发下开环聚合得到的合成生物降解高分子，与 细胞和组织等有良好的生物相容性，具有低毒，容易被机体吸收和代谢等优点，同时由于多肽链段本 身能形成a螺旋和折叠二级结构，在选择性溶剂中可能形成更复杂的组装形态，在生物医用材料、 新结构和新形貌材料制备等方面具有潜在的应用前景[8’9].虽然聚氨基酸具有许多优点，但是其均聚 物的降解周期及速度难以控制，应用具有一定的局限性。聚丙烯酰胺（PAM)是一类水溶性高分子，具 有亲水性强、易于表面功能化和生物相容性好等优点，已广泛应用于生物材料等许多领域[1°’11].

 

士I ,11 H H .

 

CONH-fC—C—N+HCH2CH2COOCH2 o本文以聚丙烯酰胺为大分子引发剂，采用开环 聚合方法引发i-谷氨酸苄酯环内酸酐（BLG-NCA)

 

聚合，成功地合成了新型两亲性聚丙烯酰胺/聚i- 谷氨酸苄酯（PAM-g-BLG,结构如Scheme 1所示）

 

Scheme 1 Structure of polyacrylamide/poly (y-benzyl- L-glutamate) graft copolymers接枝共聚物，对共聚物结构进行了表征，并对共聚 物材料在水溶液中形成胶束的性质进行了初步研 究。

 

1实验部分1.1试 剂L-谷氨酸(生化试剂，国药集团化学试剂有限公司，经室温真空干燥），聚丙烯酰胺（国药集团化学 试剂有限公司，15000),苯甲醇(分析纯，天津市天河化学试剂厂），氢溴酸(分析纯，国药集团化 学试剂有限公司），三聚光气(化学纯，海宁中联化学有限公司，未处理），四氢呋喃（分析纯，天津天 泰精细化学品有限公司，经金属钠回流干燥），二甲基甲丑胺(分析纯，国药集团化学试剂有限公司，经分子筛干燥蒸馏提纯），其它试剂均为分析纯试剂，都经严格除水处理。

 

1.2实验过程HOOCCH2CH2CHCOOHHBr,70'COrNH2CH2OOCCH2CH2CHCOOHoCbCOCOCCb _ THF, 50 *C~~1.2.1L-谷氨酸苄酯环内酸酐（BLG-NCA)的制备首先按文献[12]方法，在氢溴酸作用下，将t-谷 氨酸与苯甲醇反应合成谷氨酸苄酯，粗产物用体积分数为5%的乙醇重结晶得到白色固体，产率 31.6%，〇1.1>.172~174<10(文献值[12】172~173<1：).然后参考文献[13]的方法，将1-谷氨酸苄酯与 三聚光气在无水四氢呋喃中反应制备BLG-NCA,粗产物用无水四氢呋喃溶解，过滤，将滤液倒人无水 石油醚中沉淀，过滤，自然干燥得白色针状晶体，产率53.1%，m.p. 96~97 t；(文献值U3]96~97 丈）?合成路线见Scheme 2.

 

/=\I I、/>--CH2OOCCH2CH2 —CH — NH BLG-NCAScheme 2 Synthetic routes for the iV-carboxy-y-benzyl-L-glutamate anhydride (BLG-NCA)

 

1.2.2接枝共聚物（PAM-g-BLG)的合成按表1的投料比称取新鲜制备的BLG-NCA和PAM于反应 瓶中，以Af，；V-二甲基甲酰胺为溶剂，在室温、氮气保护下搅拌反应72 h.将反应混合液倒入过量的无 水石油醚中沉淀，沉淀经过滤，洗涤，干燥后得粗产物。粗产物用去离子水浸泡、洗涤、干燥后得到白 色固体。

 

Table 1 Related data of PAM-g-BLG graft copolymersSample/i(PAM)：n(NCA)Yield(%)^('H NMR)Wn(GPC)^w/^ncmc/(mg * L) Micelle size/nm(DLS)

 

PAM-g-BLGl1:174.8815215112971.234.67172PAM-g-BLG51:558.0216056161071.451.95134PAM-g-BLG101:1037.8817090178051.371.121251.2.3共聚物肢束的制备称取50tng共聚物溶于5mL四氢呋喃中，待完全溶解后，在搅拌下向溶 液中缓慢加入40 mL二次蒸馏水，室温下旋转蒸发除去四氢呋喃，将剩余溶液转人到50 mL容量瓶中 定容，得到1 mg/mL胶束溶液。用移液管移取不同体积的该溶液置于若干10 mL容量瓶中，每个容量 瓶中加入一定体积的芘的丙酮溶液，除去丙酮，用二次蒸馏水稀释至刻度，得到质量浓度从5 x 10 _6 ~ 0? 5 mg/mL的胶束溶液，使芘在胶束溶液中的浓度为1. 98 x 1(T7 mol/L.将上述胶束溶液超声15 min， 在50丈水浴中放置2 h，使芘均衡地分布于胶束中，然后冷却至室温，用于稳态荧光、动态光散射和 透射电镜测试。

 

1.2.4'测试表征采用KBr压片法在PerkinElmerSpectrumone傅里叶变换红外光谱仪上测定样品的 红外光谱；在Varian Mercury 300 NMR谱仪上，以CDC13作溶剂，TMS为内标，于室温测定样品的 NMR谱；在Waters 1515凝胶渗透色谱仪(GPC)上测定聚合物的分子量及其分布，以聚苯乙烯为标 样，THF作流动相，流速1. 0 miymin，测试温度25;芘作荧光探针，在Varian Cary Eclipse荧光光度计上于室温测定稳态荧光激发光谱，固定发射波长390 rnn，狭缝宽度为5 nm，扫描范围300 ~360 run, 扫描速度30 mn/min;在Malvern Nano ZS纳米粒度及Zete电位分析仪上于室温测定共聚物胶束的粒径 及其分布；用磷钨酸负染色法，在JEM-100SX透射电子显微镜上观察胶束形态。

 

2结果与讨论2.1聚合反应聚氨基酸是氨基酸环内酸酐(NCA)在伯胺引发下通过开环聚合反应得到的。本文选用的聚丙烯酰 胺分子中含有伯胺基团，该基团在一定条件下能引发NCA开环聚合得到接枝共聚物，反应遵循普通伯 胺引发NCA的反应机理[14].通过改变反应物的投料比可以得到不同组成和分子量的共聚物，结果列于表1.、2.2共聚物的表征图1是PAM-g-BLGl共聚物的红外光谱? 3293 cm—1处为共聚物中N—H键的伸缩振动，1734 cm—1 处的吸收峰为PBLG链段中酯羰基的特征吸收，1653 cnT1处的吸收峰为共聚物中酰胺段的！吸收 峰，称为酰胺I带，1547 cnT1处的吸收峰是酰胺II带的特征吸收峰，是N-H弯曲振动('_?)和C-N 伸缩振动的组合吸收。由图1可见，1855和1785 ctrT1处NCA的两个羰基的特征吸收峰消失，表明产 物中没有NCA，由此可以初步判断NCA已经开环形成了聚丙烯酰胺/聚L-谷氨酸苄酯接枝共聚物。

 

图2是PAM-g-BLGl共聚物的1 H NMR谱图。S 0. 93和1. 24处的吸收峰分别为PBLG链段中两个 亚甲基(一CH2CH2—)质子的吸收峰，5 1.80处的吸收峰归属于PAM链段中亚甲基(一CH2)质子的吸 收峰，S 3.48处的吸收峰是PAM链段中次甲基(一CH)质子的特征吸收峰，S 3. 71处的吸收峰为PBLG链段中次甲基(一CH)质子的吸收峰，S5.03处的吸收峰为PBLG链段中苄酯单元的亚甲基(一012)质 子的吸收峰，5 7. 25处的吸收峰为PBLG链段中苯环质子的吸收峰，S 8. 61处的弱吸收峰是共聚物中 N-H质子的特征吸收。聚丙烯酰胺链段中次甲基质子的吸收峰与聚L-谷氨酸苄酯链段中亚甲基质子 的吸收峰离得相对较远，彼此能分辨开，故可根据其积分强度计算共聚物的分子量，计算结果列于表1.从表1可以看出，随着NCA投料量的增加，聚合物的分子量也逐渐增大，表明反应基本按照投料比 进行。

 

图3是接枝共聚物的GPC谱图。由图3可以看出，PAM-g-BLGl，PAM-g-BLG5和PAM-g-BLG10 都只有一个单峰，表明生成了聚丙烯酰胺/聚L-谷氨酸-节酯接枝共聚物，产物中没有其它物质，有关 数据列于表1.从表1可以看出，GPC测得的PAM-BLG1共聚物分子量比1H NMR计算值小，这可能与 选用的流动相溶剂及聚合物的溶解性有关。由于PAM-BLG1中亲水性聚丙烯酰胺的含量相对较高，在 THF中的溶解性相对较差，因此PAM-BLG1与溶剂之间的亲和力小于与载体之间的亲和力，导致聚合 物在固定相与流动相之间的配位效应，使聚合物实际淋出的体积大于体积排斥效应所决定的淋出体 积?实际淋出体积大，得到的分子量则小。而PAM-BLG5和PAM-BLG10共聚物中疏水性聚[-谷氨酸苄 酯的含量相对较高，在流动相中的溶解性能提高，得到的分子量与1H NMR数据计算值接近。综合IRFig. 3 GPC traces of PAM-g-BLGFig. 4 Plots of /^//^ versus logarithm ofgraft copolymersPAM-^-BLG concentration和1H NMR分析结果，可以确认得到了接枝共聚物。

 

2.3共聚物胶束的形成及临界胶束浓度在一定条件下，两亲嵌段或接枝共聚物可以在选择性溶剂中形成疏水链段为核、亲水链段为壳的 胶束。芘是一种具有特征发射光谱的疏水性物质，当所处环境的极性改变时，其特征发射谱的位移会 发生变化，因此常用作探针来研究胶束的形成。本文选用芘为荧光探针研究PAM-g-BLG共聚物在水溶 液中的胶束形成，并测定其临界胶束浓度。

 

图4是以共聚物胶束溶液浓度的对数lgc为横坐标，芘的心/‘为纵坐标作图得到的曲线，其中 a为PAM-g-BLG1共聚物胶束的耻对/^//%曲线。在浓度较低时，值基本保持不变，表明共聚 物以分子形式分散在水中。当浓度增大到某一值时，曲线开始上升，即/34〇//334值开始增大，芘周围环 境的极性减弱，芘分子向低极性微区迁移，表明形成了以PBLG为核，PAM为壳的胶束。当胶束浓度 继续增大，/340//334值的变化趋缓，表明芘分子周围环境的极性未再发生变化。作曲线水平段与上升段 的切线，切线交点处对应的浓度即为临界胶束浓度。用同样方法可以得到PAM-g-BLG5和PAM-g- BLG10的临界胶束浓度，结果列于表1.由表1可看出，随着共聚物中疏水性PBLG链段比例的增加， 临界胶束浓度减小。当疏水性PBLG链段比例继续增大时，得不到稳定的胶束溶液。这是由于疏水链 段比例过大时，在水溶液中形成胶束的亲疏水平衡受到破坏。

 

2.4胶束粒径及其分布(B)

 

i n1 ,10° 101 丨 02 103 104图5( A)，（B)和（C)分别是PAM-g-BLGl, PAM-g-BLG5和PAM-g-BLGlO形成胶束的动态光散射 粒径分布图。从图5可以看出，3种共聚物在水溶液中都形成了单分散的纳米胶束，其平均粒径分别 为172, 134和125 mn.随着共聚物中PBLG链段比例的增大，胶束的粒径减小。PBLG是一种聚氨基 酸链段，在水溶液中除了通过分子内氢键形成螺旋外，部分分子间可能形成分子间氢键。当PBLG 含量增高时，分子间氢键作用增强，胶束聚集数增加，密度增大，粒径变小[15].

 

Fig. 5 Size distribution of PAM-g-BLGl( A), PAM-g-BLG5(B) and PAM-g-BLGlO(C) copolymer micelles in aqueous solution measured by DLS2.5胶束形态图6是共聚物胶束的透射电镜照片。由图6可以看出，共聚物PAM-g-BLGl，PAM-g-BLG5和 PAM-g-BLG10在水溶液中均形成了界面较清晰的球形胶束，其平均粒径在100 ~ 150 run之间，尺寸分 布较均匀。另外，TEM结果表明得到的胶束粒径略小于DLS的结果，这是由于TEM是在干态下测得 胶束粒径的，而DI5是在溶液中测定胶束流体力学直径的。

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