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CN110041475B - 一种两亲性嵌段共聚物、其壳交联胶束及制备方法和应用 - Google Patents

一种两亲性嵌段共聚物、其壳交联胶束及制备方法和应用 Download PDF

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CN110041475B
CN110041475B CN201910291982.7A CN201910291982A CN110041475B CN 110041475 B CN110041475 B CN 110041475B CN 201910291982 A CN201910291982 A CN 201910291982A CN 110041475 B CN110041475 B CN 110041475B
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Abstract

本发明提供一种两亲性嵌段共聚物、由其组成的聚合物纳米壳交联胶束以及它们的制备方法和应用。所述两亲性嵌段共聚物由亲水链段和在中性以及碱性环境中呈现疏水特性的疏水链段通过可逆加成‑断裂链转移(RAFT)聚合获得，其中所述亲水链段是寡聚乙二醇甲基丙烯酸酯与带有用于壳交联的醛基功能团的甲基丙烯酸酯类化合物共聚得到，其分子量为5000～10000Da。本发明实现了聚合物纳米壳交联胶束载体负载的疏水药物的可控释放，同时两亲性嵌段共聚物中共价键结合的具有红光发射的光敏剂以及用于壳交联的醛基功能团配合在中性以及碱性环境中呈现疏水特性的疏水链段，能够在弱酸的微环境中以及红光照射的激发下准确地实现药物的可控释放。

Description

一种两亲性嵌段共聚物、其壳交联胶束及制备方法和应用
技术领域
本发明属于高分子材料及其制备和应用领域。具体地，涉及一种刺激响应性的两亲性嵌段共聚物、由该两亲性嵌段共聚物组成的聚合物纳米胶束，及其制备方法和应用。
背景技术
利用超分子组装体模拟细胞结构来实现各类结构功能的高度仿生一直都备受人们的关注，尤其是利用两亲性嵌段共聚物的纳米组装体来实现人体病灶部位的药物输送。然而，尽管嵌段共聚物形成的组装体相比于小分子表面活性剂具有更低的临界胶束化浓度(CMC)而表现出更好的热力学稳定性，但仍有一些不可控的因素可能会导致嵌段共聚物组装体的破坏以及解离，比如温度、浓度以及溶剂条件等(Elsabahy M，Heo G S，LimSM，Chemical revlews，2015，115(19)：10967-11011)。对于以嵌段共聚物组装体为载体的药物输送体系，组装体的稳定性在避免药物的提前释放、延长血液循环时间以及增加药物疗效等方面尤为重要(Talelli M，Barz M，Rijcken C JF，Nano today，2015，10(1)：93-117)。同时针对于增加药物传输的准确度和提高药物的生物活性也是近年来一直研究的重点。对于生理相关信号的响应性聚合物也一直是一大研究热点。较之于正常组织细胞，人体肿瘤部位所表现的低pH环境便是一个重要参照点。对于pH敏感的聚合物体系的研究也是层出不穷。
如何利用pH以及光照双重刺激响应性聚合物体系，设计出一个壳交联的纳米胶束，以便有效提高纳米组装体的稳定性，同时对于药物的释放也能达到可控的目的，这一直是科学工作者在孜孜不倦探索的研究课题。
发明内容
本发明的目的是为了构建一种能够在正常生理环境的pH条件下稳定存在而于弱酸环境和红光照射下刺激响应的聚合物纳米胶束，为此提供了一种刺激响应性的两亲性嵌段共聚物、由该两亲性嵌段共聚物组成的聚合物纳米壳交联胶束及其制备方法和应用。
为此，本发明提供如下各个方面的发明：
<1>.一种两亲性嵌段共聚物，所述两亲性嵌段共聚物包括亲水链段和疏水链段，所述疏水链段为如下式A所示的疏水链段。
式A：
Figure BDA0002024354200000021
其中m＝0.95～0.99，n＝0.05～0.01，a＝52～58。
其中所述亲水链段是由寡聚乙二醇甲基丙烯酸酯与带有用于壳交联的醛基功能团的甲基丙烯酸酯类化合物共聚得到，并且所述亲水链段分子量为5000～10000Da。
<2>.根据<1>所述两亲性嵌段共聚物，其中所述疏水链段为所述式A的疏水链段与具有红光发射的光敏剂共价键结合而得到的疏水链段。
<3>.根据<2>所述两亲性嵌段共聚物，其中所述具有红光发射的光敏剂为具有下式结构的光敏剂PpIX，并且得到的下式B所示的疏水链段，
PpIX：
Figure BDA0002024354200000022
式B：
Figure BDA0002024354200000031
<4>.根据<1>-<3>中任一项所述的两亲性嵌段共聚物，其中所述两亲性嵌段共聚物具有下式I结构
式I：
Figure BDA0002024354200000032
其中m＝0.95～0.99，n＝0.05～0.01，x＝0.6～0.8，y＝0.4～0.2，a＝52～58，b＝15～20。
<5>.一种制备<1>-<4>中任一项所述的两亲性嵌段共聚物的方法，所述方法包括以下步骤：
a)用小分子链转移剂与式II和式III所示的反应物聚合而获得亲水性大分子链转移剂；
b)由上述得到的亲水性大分子链转移剂再继续与式IV和式V所示的反应物反应而获得两亲性嵌段共聚物；
c)任选地，将b)所获得的两亲性嵌段共聚物与具有红光发射的光敏剂反应，得到所述两亲性嵌段共聚物，其中所述具有红光发射的光敏剂优选为下面式C所示的光敏剂PpIX，
式II：
Figure BDA0002024354200000041
式III：
Figure BDA0002024354200000042
式IV：
Figure BDA0002024354200000043
式V：
Figure BDA0002024354200000051
式C：
Figure BDA0002024354200000052
<6>.一种聚合物纳米壳交联胶束，其中，在pH＝7.3-7.4的水体系中由<1>-<4>中任一项所述的两亲性嵌段共聚物组装成胶束后，使用式D的壳交联剂将所述胶束进行壳交联而获得，所述聚合物纳米壳交联胶束的尺寸为50～80nm，并且具有pH以及红光光响应性，
式D：
Figure BDA0002024354200000053
<7>.根据<6>所述的两亲性嵌段共聚物纳米壳交联胶束，其中所述聚合物纳米壳交联胶束还包含有待释放的药物。
<8>.一种控制<6>-<7>中任一项所述的两亲性嵌段共聚物纳米壳交联胶束解离的方法，所述方法包括以下步骤：
a)将所述两亲性嵌段共聚物纳米壳交联胶束制备成水分散液；
b)将所得水分散液的pH值由7.3-7.4的范围慢慢酸化至5.0-5.5，以使得所述两亲性嵌段共聚物中的疏水链段转变为亲水性；
c)用红光光照，以将所述的两亲性嵌段共聚物纳米壳交联胶束中的式D的连接部分解离，最后瓦解纳米胶束组装体。
<9>.根据<6>-<7>中任一项所述的两亲性嵌段共聚物纳米壳交联胶束作为药物载体的应用。
<10>.根据<6>-<7>中任一项所述的两亲性嵌段共聚物纳米壳交联胶束用于在弱酸的微环境和红光照射的激发下实现疏水药物的可控释放的用途。
附图说明
图1示出了根据本发明一个实施方式的亲水性大分子链转移剂以及两亲性嵌段共聚物的核磁共振氢谱谱图，用于对该嵌段共聚物的化学结构和链结构表征。其中a曲线所示为亲水性大分子链转移剂的核磁共振氢谱，b曲线所示为两亲性嵌段共聚物的核磁共振氢谱。
图2示出了根据本发明一个实施方式的亲水性大分子链转移剂以及两亲性嵌段共聚物的凝胶渗透色谱谱图，用于对该嵌段共聚物的分子量以及多分散系数的表征。其中a曲线所示为亲水性大分子链转移剂的凝胶渗透色谱，b曲线为两亲性嵌段共聚物的凝胶渗透色谱。
图3示出了根据本发明一个实施方式的两亲性嵌段共聚物纳米胶束在不同pH环境下以及壳交联的情况下的动态光散射和电镜照片，其中图a所示为两亲性嵌段共聚物纳米胶束在不同pH环境下及壳交联状态下的动态光散射测试的粒径结果，图b所示为两亲性嵌段共聚物纳米胶束在pH＝7.3～7.4时以及壳交联状态下的电镜照片，图c所示为两亲性嵌段共聚物纳米胶束在pH＝5.0～5.5时以及壳交联状态下的电镜照片。
图4示出了根据本发明一个实施方式的两亲性嵌段共聚物纳米壳交联胶束在不同pH环境中光敏剂荧光强度的变化以及对应的荧光强度归一化曲线，其中图a所示为该壳交联胶束随着所处的水体系pH值的降低，其光敏剂PpIX荧光发射(625nm)强度增加，表明光敏剂的光动力学能力的恢复；图b所示为该壳交联胶束中光敏剂荧光发射(625nm)的强度随着水体系pH值的变化而呈现出相应变化的趋势。
图5示出了根据本发明一个实施方式的两亲性嵌段共聚物纳米壳交联胶束在pH＝5的环境中，胶束粒子(也称为胶束)壳交联剂荧光强度的变化，其中图a所示为该壳交联胶束在pH＝5.0～5.5的环境中，持续使用红光(波长范围为570nm～590nm)光照刺激下，其壳交联剂9，10-氨乙氧基蒽(An-2NH2)的荧光发射(430nm)强度随之持续降低，表明壳交联剂从胶束粒子壳层中断裂解离；图b所示为该壳交联胶束在不同pH环境下其壳交联剂的荧光发射(430nm)强度随光照时间的变化，也表明出该壳交联胶束在pH＝5.0～5.5环境时，持续光照刺激可以使其壳交联剂得到更为有效的断裂解离。
图6示出了根据本发明一个实施方式的两亲性嵌段共聚物纳米壳交联胶束在pH＝5.0～5.5以及pH＝7.3～7.4不同环境中，胶束粒子壳交联剂荧光强度的变化和胶束粒子粒径变化的对照，图中显示pH＝5.0～5.5时，其壳交联剂9，10-氨乙氧基蒽(An-2NH2)的荧光发射(430nm)强度随着光照时间增加而持续降低，其粒径由于刚开始的溶胀作用而有稍许的变大过程，之后随着壳交联剂连接结构的断裂，组装体发生解离，最后粒径变小直到近乎聚合物单链粒径状态；然而在pH＝7.3～7.4时，其壳交联剂荧光强度以及组装体粒径没有发生明显的变化，表明出良好的稳定性。
图7示出了根据本发明一个实施方式的两亲性嵌段共聚物纳米壳交联胶束中的疏水药物喜树碱(CPT)随时间累积释放曲线，图中显示在pH＝7.3～7.4时，有光照和无光照条件下药物累积释放量均是在17h后开始趋向平衡，在光照条件下CPT的累积释放量为30％，无光照时只有25％的原药释放。而在pH＝5.0～5.5的环境下，经红光照射40h后，CPT原药的累积释放量可达到80％。该结果表明该壳交联胶束在弱酸环境以及红光(波长范围为570nm～590nm)光照刺激下可以有效地释放所负载的疏水性药物。
具体实施方式
以下对本发明的技术方案做进一步详细阐述。应当指出，本发明的各实施方案可以根据需要以任何方式组合。
聚合物纳米胶束通常是由两亲性嵌段共聚物自组装得到，其含有一个亲油(也称作疏水)的内核与亲水的壳层。因此，疏水物质，如疏水药物可以被负载到纳米胶束内核中，然后通过设计响应性聚合物纳米粒子便可以实现疏水药物的可控释放。然而，大多数嵌段共聚物纳米组装体存在稳定性问题，在血液循环过程中即可能发生解离，导致药物的提前释放，缩短组装体及药物在体内的循环时间。这样不仅对正常细胞造成一定的影响，同时对于药物在病灶部位的释放也无法达到理想的效果。
本发明中，我们提出了一种全新的策略来解决聚合物纳米组装体的稳定性问题。具体而言，我们设计了一种嵌段共聚物，该嵌段共聚物含有pH敏感的疏水链段。该链段在中性以及碱性环境(pH＞7)中呈现出疏水特性，而在弱酸性(pH＝5～6)环境下，则由疏水特性转变为亲水特性。通过共价键结合在疏水链段上的光敏剂比如原卟啉IX(PpIX)光敏剂由于聚合物纳米胶束的组装而聚集在一起，此时，PpIX的荧光发射与光动力学能力通过胶束核层氨基的光致电子转移效应(PET)以及自淬灭效果而削弱。当聚合物纳米组装体的疏水链段转变为亲水链段而发生溶胀后，使PpIX的荧光发射与光动力学能力恢复，再通过外界的红光光照刺激后产生单线态氧，使得组装体壳交联剂连接结构发生断裂，最后伴随着胶束粒子的解离释放出组装体内部负载的疏水药物。
在本发明中，适合使用的光敏剂是具有红光发射的光敏剂。所述光敏剂优选是选自原卟啉IX(PpIX)光敏剂、曙红Y光敏剂、卟啉类光敏剂、尼罗蓝光敏剂以及酞青光敏剂等中的至少一种，并且最优选是原卟啉IX(PpIX)光敏剂。
总体而言，一方面，本发明提供一种两亲性嵌段共聚物，其由亲水链段以及疏水链段通过聚合反应，例如可逆加成-断裂链转移(RAFT)聚合反应而得到。两亲性嵌段共聚物的亲水链段是寡聚乙二醇甲基丙烯酸酯与带有用于壳交联的醛基功能团的甲基丙烯酸酯类(比如4-甲酰苯基氧乙基甲基丙烯酸酯)共聚得到，并且亲水链段分子量为5000～10000道尔顿(Da)，优选为6000～9000Da，更优选为6000～8000Da，最优选为7000～8000Da。所述疏水链段具有由下式A或式B所示的化学结构。
式A：
Figure BDA0002024354200000091
式B：
Figure BDA0002024354200000092
其中m＝0.95～0.99，优选0.96～0.98，更优选0.97～0.98，n＝0.05～0.01，优选0.04～0.02，更优选0.03～0.02，a＝52～58，优选53～57，更优选54～56。
在本文所使用的术语“寡聚乙二醇甲基丙烯酸酯”是指酯基侧基中含有聚合度在8-9范围内的寡聚乙二醇结构的甲基丙烯酸酯类化合物。
在本文所使用的术语“带有用于壳交联的醛基功能团的甲基丙烯酸酯”是指所携带的醛基功能团能够与本发明中的壳交联剂进行交联反应的甲基丙烯酸酯类化合物，其一个具体实例为4-甲酰苯基氧乙基甲基丙烯酸酯等。
在一个优选实施方式中，所述两亲性嵌段共聚物具有下式I的化学结构，并且由式II所示的寡聚乙二醇甲基丙烯酸酯和式III所示的4-甲酰苯基氧乙基甲基丙烯酸酯进行可逆加成-断裂链转移(RAFT)聚合得到的亲水链段，以及由式IV所示的N，N’-二异丙基氨乙基甲基丙烯酸酯和式V所示的甲基丙烯酸羟乙酯进行可逆加成-断裂链转移(RAFT)聚合得到疏水链段。最后通过后修饰与式C发生酯化反应得到最后的具有红光发射光敏剂(PpIX)的两亲性嵌段共聚物。
式I：
Figure BDA0002024354200000101
式II：
Figure BDA0002024354200000102
式III：
Figure BDA0002024354200000103
式IV：
Figure BDA0002024354200000111
式V：
Figure BDA0002024354200000112
式C：
Figure BDA0002024354200000113
其中m＝0.95～0.99，优选0.96～0.98，更优选0.97～0.98；n＝0.05～0.01，优选0.04～0.02，更优选0.03～0.02；x＝0.6～0.8，优选0.65～0.8，更优选0.7～0.8；y＝0.4～0.2，优选0.35～0.2，更优选0.3～0.2；a＝52～58，优选53～57，更优选54～56；b＝15～20，优选16～19，更优选17～19。
在本发明中，术语“可逆加成-断裂链转移(RAFT)”具有高分子合成领域中的一般含义，具体地，是指利用一种双硫酯或三硫酯衍生物作为链转移试剂，在聚合过程中与自由基形成休眠的中间体，限制了增长链自由基之间的不可逆双基终止副反应，使聚合反应得以有效控制。同时这种休眠的中间体可自身裂解，从对应的硫原子上再释放出新的活性自由基，结合单体形成增长链。由于加成或断裂的速率要比链增长的速率快得多，双硫酯和三硫酯衍生物在活性自由基与休眠自由基之间迅速转移，使分子量分布变窄，从而使聚合体现可控/“活性”特征。这是一种实现自由基聚合的活性可控极为高效的方法，从1998年提出后一直沿用至今。
另一个方面，本发明提供一种由本发明所述的两亲性嵌段共聚物组成的聚合物纳米壳交联胶束，所述聚合物纳米胶束分散均匀，尺寸为50～80nm。在一个优选实施方式中，所述纳米胶束尺寸约为50nm左右。在进一步优选的实施方案中，所述纳米胶束具有pH以及红光光响应性。
在本发明的另一个方面，提供一种控制聚合物纳米壳交联胶束解离的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：将所述的两亲性嵌段共聚物在pH＝7.3～7.4的环境下组装成聚合物纳米壳交联胶束的水分散液；随后将该组装体水体系的pH值由7.3～7.4慢慢酸化至5.0～5.5，搅拌一段时间后，从外界进行红光(波长范围为570nm～590nm)光照刺激，进而将纳米胶束壳交联的连接部分解离，最后瓦解纳米胶束组装体。
在一个优选实施方案中，所述聚合物纳米胶束水分散液如下形成：将所述两亲性嵌段共聚物取5mg溶解在作为共溶剂的有机溶剂中，在一定温度和搅拌条件下向其中滴加入9mL的pH＝10～10.1的去离子水，待去离子水滴加完毕后继续搅拌挥发除去有机溶剂并用磷酸盐缓冲溶液(pH＝7.3～7.4)稀释。然后向胶束的分散液中加入壳交联剂以及氰基硼氢化钠，反应过夜后，通过在纯水中透析除去未反应杂质。最后再次用磷酸盐缓冲溶液(pH＝7.3～7.4)稀释至总体积为10mL从而获得所述0.5mg/mL的聚合物纳米粒子水分散液。
在一个优选实施方式中，所述反应如下发生：将所述的两亲性嵌段共聚物在pH＝7.3～7.4的环境下组装、交联、分散得到聚合物纳米壳交联胶束的水分散液；随后将该组装体水体系的pH值由7.3～7.4的范围慢慢酸化至5.0～5.5，搅拌一段时间后，组装体中原来的疏水链段在酸性条件下转变成亲水链段，纳米胶束发生溶胀，而后通过共价键合在疏水链段的红光发射光敏剂(PpIX)的光动力学能力恢复，在外界红光(波长范围为570nm～590nm)光照刺激下产生单线态氧，进而将纳米胶束壳交联的连接部分解离，最后瓦解纳米胶束组装体。
另一个方面，本发明提供了上述两亲性嵌段共聚物纳米壳交联胶束作为药物载体的应用，例如用作疏水性抗癌药物喜树碱(CPT)等的载体。
另一个方面，本发明提供了上述两亲性嵌段共聚物纳米壳交联胶束在弱酸的微环境下可实现疏水药物的可控释放。
另一方面，本发明提供了上述的两亲性嵌段共聚物纳米壳交联胶束用于在弱酸的微环境和红光照射激发下实现疏水药物的可控释放的用途。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
首先是结合有机化学中的化学反应来制备带有用于壳交联的醛基功能团单体，并且命名为ABEMA，其与壳交联剂比如9，10-氨乙氧基蒽二盐酸盐(An-2NH2)发生化合反应，使聚合物胶束粒子壳交联。所述单体ABEMA以及壳交联剂9，10-氨乙氧基蒽(An-2NH2)具有以下结构：
Figure BDA0002024354200000131
然后，利用小分子链转移剂比如CEP(2-氰基-2-丙基丙基三硫代碳酸酯)先对寡聚乙二醇甲基丙烯酸酯(例如，分子量为475Da)和ABEMA进行聚合反应，优选进行可逆加成-断裂链转移(RAFT)聚合反应，之后又与N，N’-二异丙基氨乙基甲基丙烯酸酯和甲基丙烯酸羟乙酯进行聚合反应，优选进行可逆加成-断裂链转移(RAFT)聚合反应。以此得到两亲性嵌段共聚物，最后通过后修饰与光敏剂(例如PpIX)发生酯化反应得到最后的具有红光发射光敏剂(例如，PpIX)的两亲性嵌段共聚物。所述小分子链转移剂CEP与光敏剂具有以下结构：
CEP：
Figure BDA0002024354200000141
pIX：
Figure BDA0002024354200000142
曙红Y：
Figure BDA0002024354200000143
卟啉：
Figure BDA0002024354200000144
尼罗蓝：
Figure BDA0002024354200000151
酞青：
Figure BDA0002024354200000152
优选地，将得到的合适亲水和疏水链段长度的两亲性嵌段共聚物采用共溶剂-加水的方法进行自组装。具体过程为：将聚合物充分溶解在四氢呋喃中，在一定温度和搅拌作用下向其缓慢加入pH＝10～10.1的去离子水，组装结束后继续搅拌挥发除去有机溶剂并用磷酸盐缓冲溶液(pH＝7.3～7.4)稀释。然后向胶束的分散液中加入壳交联剂例如9，10-氨乙氧基蒽二盐酸盐(An-2NH2)以及氰基硼氢化钠，反应过夜后，通过在纯水中透析除去未反应杂质。最后再次用磷酸盐缓冲溶液(pH＝7.3～7.4)稀释从而获得五十到八十多纳米尺寸的纳米粒子水分散液。
利用上述所得到的纳米壳交联胶束，通过改变外部水体系的pH值便可以改变胶束内核的亲疏水性质，疏水链段转变成亲水链段后纳米胶束发生溶胀，而后通过共价键合在疏水链段的红光发射光敏剂(例如，PpIX)的光动力学能力恢复，在外界红光光照刺激下产生单线态氧，进而将纳米胶束壳交联的连接结构解离，最后瓦解纳米胶束组装体，从而实现解离释放疏水药物。
以下实施例将对本发明作进一步说明，其目的仅在于更好地理解本发明的目的，而不是限制本发明的保护范围。
实施例
制备例1
第一步，制备含醛基功能团的ABEMA：
Figure BDA0002024354200000161
其特征为：该单体可以与亲水性单体寡聚乙二醇甲基丙烯酸酯很好地共聚得到亲水链段，同时该单体的侧基中含有醛基功能团，它能够与壳交联剂9，10-氨乙氧基蒽进行交联反应，最后得到壳交联的纳米胶束组装体。
制备方法：
将2.44g4-羟基苯甲醛(国药)溶于50mL丙酮中，然后向体系中加入碳酸钾(4.146g，30mmol，国药)和溴乙醇(3.75g，30mmol，国药)，回流过夜。之后过滤除去无机盐再旋蒸除去丙酮，然后用二氯甲烷溶解后萃取，保留有机相，旋蒸除去二氯甲烷，最后用硅胶柱层析的方法纯化得到中间体1(1.89g，57％)。其结构式如下所示：
Figure BDA0002024354200000162
之后将1.66g中间体1溶于40mL无水二氯甲烷中，冰浴加入2mL的三乙胺(TEA，国药)，然后保持冰浴条件下滴加溶有甲基丙烯酰氯(1.568g，15mmol，国药)的无水二氯甲烷5mL。滴加完之后，于0℃条件下搅拌1h，之后室温条件下搅拌4h。然后用饱和的碳酸氢钠盐水洗，萃取三次保留有机相，用无水硫酸钠干燥过夜。最后用硅胶柱层析的方法分离提纯单体，得到ABEMA(1.05g，45％)。
第二步，用RAFT聚合方法进一步制备两亲性嵌段共聚物，其反应通式如下所示：
Figure BDA0002024354200000171
其特征为：寡聚乙二醇甲基丙烯酸酯与ABEMA共聚链段作为亲水链段，其链段聚合度为15～20个聚合度，其中x＝0.6～0.8，y＝0.4～0.2。N，N’-二异丙基氨乙基甲基丙烯酸酯与甲基丙烯酸羟乙酯共聚链段为疏水链段，其链段聚合度为52～58，其中m＝0.95～0.99，n＝0.05～0.01。
制备方法：于50mL的玻璃封管中加入链转移剂三硫代酯CEP(0.32g，1.52mmol)，寡聚乙二醇甲基丙烯酸酯OEGMA(21.66g，45.6mmol，奥德里奇试剂)，单体ABEMA(3.56g，15.2mmol)，偶氮二异丁腈AIBN(1.28g，7.6mmol，国药)和25mL二氧六环以及搅拌磁子。整个体系在封管中通过三次冷冻-脱气-解冻循环脱气处理后，在真空和冷冻的条件下封管，于70℃搅拌条件下进行聚合反应8h。反应结束后用液氮使聚合反应停止，打开封管使体系暴露空气中，恢复至室温后将反应混合物稀释后滴加入过量的冰乙醚中，收集沉淀物用少量二氯甲烷溶解后再在过量冰乙醚中进行沉淀；该溶解-沉淀过程重复三次后，将最后得到的沉淀产物放于真空干燥箱中干燥过夜，得到亲水性大分子链转移剂(17.21g，67％)。
之后在50mL的玻璃封管中加入亲水性大分子链转移剂(2.28g，0.3mmol)，N，N’-二异丙基氨乙基甲基丙烯酸酯(3.42g，30mmol，奥德里奇试剂)，甲基丙烯酸羟乙酯(1.95g，15mmol，上海素尔生物科技)，偶氮二异丁腈(1.28g，7.6mmol，国药)和25mL二氧六环以及搅拌磁子。整个体系在封管中通过三次冷冻-脱气-解冻循环脱气处理后，在真空和冷冻的条件下封管，于70℃搅拌条件下进行聚合反应8h。之后用液氮使聚合反应停止，打开封管使体系暴露空气中，恢复至室温后将反应混合物滴加入过量的石油醚中，收集沉淀物用少量二氯甲烷溶解后再在过量石油醚中进行沉淀；该溶解-沉淀过程重复三次后，将最后得到的沉淀产物放于真空干燥箱中干燥过夜，得到黄色固体。接下来，将上述的黄色固体与过量的偶氮二异丁腈和DMSO溶剂转移进玻璃封管中并且加入搅拌磁子。整个体系在封管中通过三次冷冻-脱气-解冻循环脱气处理后，在真空和冷冻的条件下封管，于70℃搅拌条件下进行聚合反应2h。反应结束后用液氮使聚合反应停止，打开封管使体系暴露空气中，恢复至室温后将反应混合物稀释后滴加入过量的石油醚中，收集沉淀物用少量二氯甲烷溶解后再在过量石油醚中进行沉淀；该溶解-沉淀过程重复三次后，将最后得到的沉淀产物放于真空干燥箱中干燥过夜，最后得到白色固体聚合物4.32g(56％)。
亲水性大分子链转移剂和两亲性嵌段共聚物的化学结构和链结构，及其分子量与分子量分布分别通过核磁共振氢谱和凝胶渗透色谱测试得到，结果分别显示于图1和图2。
第三步，最后两亲性嵌段共聚物通过后修饰与带有羧酸基团的光敏剂发生酯化反应得到最后的具有红光发射光敏剂(PpIX)的两亲性嵌段共聚物，其酯化反应及光敏剂结构式如下所示：
Figure BDA0002024354200000181
制备方法：取第二步得到的聚合物4.3g，4-二甲氨基吡啶(DMAP，0.03g，国药)，二环己基碳二亚胺(DCC，0.1g，国药)，光敏剂原卟啉IX(PpIX，0.15g，奥德里奇试剂)溶解在无水二氯甲烷中。并在室温下搅拌过夜。之后通过碱性氧化铝柱层析除去未修饰上去的光敏剂原卟啉IX。最后将产物旋干，得到深红色固体粉末聚合物3.92g(88％)。
第四步：两亲性嵌段共聚物负载疏水药物喜树碱(CPT)的自组装制备纳米壳交联胶束粒子。具体如下：
首先称取5mg聚合物与1mg喜树碱溶于THF(1mL)。然后在室温环境下以9mL/h的加水速度加入9mL的去离子水(pH＝10～10.1)。之后在搅拌下挥发除去有机溶剂，未溶解的疏水性抗癌药物通过水滤膜过滤除去。最后用去离子水将组装体溶液稀释至9mL后再用磷酸盐缓冲溶液(PBS，0.2mol/L，pH＝7.3～7.4，国药)稀释至总体积为10mL。随后取上述2mL胶束分散液(0.5g/L，PBS，0.02mol/L，pH＝7.3～7.4)并加入交联剂9，10-氨乙氧基蒽二盐酸盐(An-2NH2)，并在室温下搅拌4h。然后加入NaBH3CN(0.1mg，国药)用于还原亚胺键，得到最终的壳交联纳米胶束粒子。反应过夜后，通过在纯水中透析除去未反应杂质。最后用磷酸盐缓冲溶液(PBS，0.2mol/L，pH＝7.3～7.4，国药)稀释至总体积为2mL，得到负载有疏水药物喜树碱的聚合物纳米壳交联胶束粒子。
如上方法所得纳米粒子的特征如下：
1)纳米胶束粒子由寡聚乙二醇甲基丙烯酸酯与ABEMA的共聚链段构成亲水壳层，以N，N’-二异丙基氨乙基甲基丙烯酸酯与接有光敏剂的甲基丙烯酸酯类单体的共聚链段构成疏水内核。其粒径为50nm左右，尺寸分布较为均一。图3示出了动态光散射数据和TEM照片。
2)聚合物纳米壳交联胶束粒子可以在中性及碱性环境下稳定存在，在弱酸性环境及红光光照下能有效解离并释放内部包覆的疏水药物。图4显示了该壳交联胶束粒子对弱酸环境能有效地做出相关响应。图5显示了只有在弱酸环境中通过红光光照后壳交联胶束粒子组装体才能解离，释放疏水药物。
第五步：一种控制两亲性嵌段共聚物纳米壳交联胶束粒子解离的方法。具体如下：
将所述聚合物纳米壳交联胶束粒子的水分散液在pH＝7.3～7.4和温度为37℃的条件下，将所得聚合物纳米壳交联胶束粒子水分散液的pH值由7.3～7.4慢慢调节至pH＝5.0～5.5。使原疏水链段转变为亲水性，壳交联胶束粒子组装体溶胀。随后使用红光光源对体系进行光照。此时，由于组装体的溶胀，位于胶束核层内的光敏剂恢复光动力学能力，在红光波长的光照下，其能有效地产生单线态氧。之后壳层交联结构在单线态氧的作用下发生断裂。最后组装体解离，释放疏水药物。图6显示在pH＝7.3～7.4条件下组装体相对较为稳定，而pH＝5.0～5.5时，组装体能够在红光(580nm)光照下有效地解离。
应用例1：两亲性嵌段共聚物纳米壳交联胶束粒子对疏水药物的负载与可控释放
在上述制备的负载疏水药物喜树碱的聚合物纳米壳交联胶束粒子中，利用荧光光谱跟踪在弱酸性pH值条件下以及在红光辐照的条件下喜树碱(CPT)原药从胶束纳米粒子的疏水区域中释放出来的过程。首先，将0.3mL质量浓度为0.5mg/mL的载药壳交联胶束分别加入到四个透析皿中。两组体系中pH＝5.0～5.5，另外两组体系pH＝7.3～7.4.。在室温条件下，将不同pH值的体系中各取一组用红光(580nm)光照，另外的两组置于暗室中。每隔一段时间测定透析液中的喜树碱在228nm处紫外吸收，并定时更新透析液，以相应的体积、pH值的磷酸盐缓冲溶液置换透析液。根据事先测好的CPT在228nm处的标准紫外吸收曲线，计算CPT的累积释放量。结果表明，在pH＝7.3～7.4的环境下，疏水性药物相对而言能稳定存在于组装体内部。而在pH＝5.0～5.5时，疏水性药物能得到有效释放，尤其是结合红光(580nm)光照条件下，其累积释放量可达80％之多。图7显示出了在不同pH环境中以及有无光照条件下，包覆在疏水核内的喜树碱累积释放曲线。
工业可适用性
本发明实现了聚合物纳米壳交联胶束载体负载的疏水药物的可控释放，同时两亲性嵌段共聚物中共价键结合的具有红光发射的光敏剂以及用于壳交联的醛基功能团配合在中性以及碱性环境中呈现疏水特性的疏水链段，能够在弱酸的微环境中以及红光照射的激发下准确地实现药物的可控释放，因而将在作为药物载体或药物的可控释放方面具有巨大的潜在工业用途。

Claims (10)

1.一种两亲性嵌段共聚物，所述两亲性嵌段共聚物包括亲水链段和疏水链段，所述疏水链段为下式A的疏水链段与具有红光发射的光敏剂共价键结合而得到的疏水链段，
式A：
Figure FDA0002746682790000011
其中m＝0.95～0.99，n＝0.05～0.01，a＝52～58，其中所述亲水链段是由寡聚乙二醇甲基丙烯酸酯与带有用于壳交联的醛基功能团的甲基丙烯酸酯类化合物共聚得到，并且所述亲水链段分子量为5000～10000道尔顿(Da)。
2.根据权利要求1所述两亲性嵌段共聚物，其中所述具有红光发射的光敏剂为具有下式结构的光敏剂PpIX，并且得到下式B所示的疏水链段，
PpIX：
Figure FDA0002746682790000012
式B：
Figure FDA0002746682790000021
3.根据权利要求1-2中任一项所述的两亲性嵌段共聚物，其中所述两亲性嵌段共聚物具有下式I结构，
式I：
Figure FDA0002746682790000022
其中m＝0.95～0.99，n＝0.05～0.01，x＝0.6～0.8，y＝0.4～0.2，a＝52～58，b＝15～20。
4.一种制备权利要求1-3中任一项所述的两亲性嵌段共聚物的方法，所述方法包括以下步骤：
a)用小分子链转移剂与式II和式III所示的反应物聚合而获得亲水性大分子链转移剂；
b)由上述得到的亲水性大分子链转移剂再继续与式IV和式V所示的反应物反应而获得两亲性嵌段共聚物；
c)将b)所获得的两亲性嵌段共聚物与具有红光发射的光敏剂反应，得到所述两亲性嵌段共聚物，
式II：
Figure FDA0002746682790000031
式III：
Figure FDA0002746682790000032
式IV：
Figure FDA0002746682790000033
式V：
Figure FDA0002746682790000034
5.根据权利要求4所述的方法，其中所述具有红光发射的光敏剂为下面式C所示的光敏剂PpIX，
式C：
Figure FDA0002746682790000041
6.一种聚合物纳米壳交联胶束，其中，在pH＝7.3-7.4的水体系中由权利要求1-3任一项所述的两亲性嵌段共聚物组装成胶束后，使用式D的壳交联剂将所述胶束壳交联而获得，所述聚合物纳米壳交联胶束的尺寸为50～80nm，并且具有pH以及红光光响应性，
式D：
Figure FDA0002746682790000042
7.根据权利要求6所述的两亲性嵌段共聚物纳米壳交联胶束，其中所述聚合物纳米壳交联胶束还包含有待释放的药物。
8.一种控制权利要求6-7中任一项所述的两亲性嵌段共聚物纳米壳交联胶束解离的方法，所述方法包括以下步骤：
a)将所述两亲性嵌段共聚物纳米壳交联胶束制备成水分散液；
b)将所得水分散液的pH值由7.3-7.4的范围慢慢酸化至5.0-5.5，以使得所述两亲性嵌段共聚物中的疏水链段转变成亲水性；
c)用红光光照，以将所述的两亲性嵌段共聚物纳米壳交联胶束中的式D的连接部分解离，最后瓦解纳米胶束组装体。
9.根据权利要求6-7中任一项所述的两亲性嵌段共聚物纳米壳交联胶束作为药物载体的应用。
10.根据权利要求6-7中任一项所述的两亲性嵌段共聚物纳米壳交联胶束用于在弱酸的微环境和红光照射的激发下实现疏水药物的可控释放的用途。
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