曾宏波李耀邦张昊宇王晓工
(清华大学材料科学与工程研究院化工系高分子研究所北京100084)
谐波电流
两亲性聚合物在同一分子链中包含亲水和亲脂结构单元，具有独特的水溶液行为，在很多领域得到了广泛应用.两亲性聚合物通过水溶液的选择性溶解效应，一定条件下可以聚集成具有较窄粒径分布的聚合物胶束.胶束的典型特性是其核壳结构，亲脂单元由于疏水作用在水溶液中自组装成胶束的内核，亲水链段则包围在内核的周边形成一个较为舒展的壳层[1].由于两亲性聚合物胶束内核有较高的药物包埋能力，胶束在体内选择性分布的特点，近年来其在靶向药物传递和药物缓释领域的应用备受关注[1].携带药物的聚合物胶束在体内分布重要是由其胶束尺寸和表面(壳层)性质决定的，而受到包埋在胶束内核的药物性质的影响较少.因此，胶束壳层性质和胶束尺寸设计是聚合物胶束药物传递体系实现有效控制的关键因素.溶液中聚合物胶束内核形成的直接动力是涉及疏水聚集作用，金属络合、电荷作用，及氢键作用等互相作用也会有一定的影响[2].一般而言，疏水性内核应具有生物降解性.一些非生物降解性的聚合物(如聚甲基丙烯酸甲酯[3]、聚苯乙烯[4,5])目前也用于此领域的应用研究，但这些聚合物必须无毒，其分子量较低，可以被体内正常代谢排出.聚合物胶束的壳层一般不规定生物降解性，但要具有生物相容性，如聚氧化乙烯等.近年来，具有热敏性或者ｐＨ敏感性的聚合物如聚(Ｎ异丙基丙烯酰胺)(ＰＮＩＰＡＭ)[6～8]和聚丙 烯酸[9]等也被用来制备刺激响应性的壳层结构.ＰＮＩＰＡＭ在其大分子链上同时具有亲水的酰胺基团和疏水的异丙基，使得ＰＮＩＰＡＭ呈现出温度敏感性.在常温下,ＰＮＩＰＡＭ溶于水中形成均匀的溶液，当温度升高至32℃左右时，溶液发生相分离.相变点的温度定义为最低临界溶液温度(ＬＣＳＴ).ＰＮＩＰＡＭ在ＬＣＳＴ附近的相转变是一种温度敏感的可逆变化，所以可以运用此温度敏感效应来控制包埋在胶束内部的药物释放.胆甾醇是一种具有生物相容性但很疏水的化合物，胆甾醇类化合物在血液中重要是以载脂蛋白(Ｌｉｐｏｐｒｏｔｅｉｎ)的形式存在，血液中的载脂蛋白可以简朴地当作由胆甾醇、胆甾醇羧酸酯、甘油三酯以及蛋白质等多种有机分子的“共聚集体”，胆甾醇和胆甾醇羧酸酯在各种载脂蛋白中的迁移、运动等行为和疏水亲脂作用密切相关[10].因此胆甾醇酯类是一种抱负的聚合物胶束药物载体核层材料. 关于丙烯酸胆甾醇酯疏水化修饰聚异丙基丙烯酰胺已有文献提及[11]，但只报道了在一种投料比下合成的Ｐ(ＮＩＰＡＭｃｏＣＨＡ)共聚物，未对聚合物结构(如共聚物组成比等)、聚合物性能和溶液行为等进行系统表征和进一步研究.本文以Ｎ异丙基丙烯酰胺(ＮＩＰＡＭ)为温敏结构单元，丙烯酸胆甾醇酯(ＣＨＡ)为疏水结构单元，合成了一系列不同ＰＮＩＰＡＭＣＨＡ摩尔组成比的无规两亲性共聚物.运用浊度法、荧光探针法、表面张力法等对上述两亲性共聚物的最低临界溶解温度(ＬＣＳＴ)和胶束形成能力等进行了系统的研究，并探索这类温度敏感性聚合物胶束在药物控制释放中应用的也许性.
1实验部分
1.1重要原料及仪器表征
胆甾醇，天津市化学试剂公司，生物试剂.Ｎ异丙基丙烯酰胺，自制.1,4 二氧六环，北京化工厂，分析纯，减压蒸馏提纯.四氢呋喃，北京化工厂，分析纯.偶氮二异(ＡＩＢＮ)，无水乙醇重结晶提纯.石油醚，北京化工厂，分析纯.红外光谱分析采用Ｎｉｃｏｌｅｔ560 ＩＲ傅立叶红外光谱仪；浊度分析采用ＰｅｒｋｉｎＥｌｍｅｒＬａｍｂｄａＢｉｏ40紫外可见光谱仪;1ＨＮＭＲ测定采用ＢｒｕｋｅｒＡＭ500核磁共振仪；胶束和分布测定采用激光粒度分析仪Ｚｅｔａｓｉｚｅｒ3000ＨＳ(ＭａｌｖｅｒｎＩｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓＬｔｄ,ＵＫ)；溶液表面张力测定采用ＯＣＡ20视频光学接触角测量仪(ＤａｔａｐｈｙｓｉｃｓＩｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓＬｔｄ,Ｇｅｒｍａｎｙ).荧光探针分析采用Ｆ4500荧光光谱仪(ＨｉｔａｃｈｉＨｇｈＴｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓＣｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ,Ｔｏｋｙｏ,Ｊａｐａｎ)；共聚物的分子量的测定是采用Ｗａｔｅｒｓ150Ｃ型凝胶渗透谱仪，以窄分布的聚苯乙烯试样为标准，四氢呋喃为淋洗液.
1.2单体和聚合物的合成
1.2.1丙烯酸胆甾醇酯
将12.12ｇ(0 0314ｍｏｌ)胆甾醇和8ｍＬ丙烯酰氯(过量)溶解在50ｍＬ无水苯中，加入少量对苯二酚作阻聚剂，加热回流反映7ｈ.将反映液溶于70ｍＬ乙醚，依次用饱和Ｎａ2ＣＯ3溶液,10%ＨＣｌ溶液，
饱和ＮａＣｌ溶液洗涤；分液收集有机相，无水ＭｇＳＯ4干燥过夜.旋转蒸发大部分溶剂，将浓缩后的溶液再溶于一定量的无水乙醚中，加入大量无水乙醇沉淀，得白粉末状固体，收率为78.2%.产物通过红外光谱和核磁共振测定，证实其结构符合丙烯酸胆甾醇酯[12].
1.2.2ＮＩＰＡＭＣＨＡ共聚物
将ＮＩＰＡＭ(10ｍｍｏｌ)，不同量的丙烯酸胆甾醇酯(0.1ｍｍｏｌ,0.125ｍｍｏｌ,0.5ｍｍｏｌ,3.33ｍｍｏｌ,6 67ｍｍｏｌ)和适量引发剂ＡＩＢＮ(为反映单体总物质的量的0.13%)，溶于20ｍＬ新蒸的1,4 二氧六环中，氮气保护下搅拌，水浴60℃反映24ｈ，冷却，将反映混合物在搅拌条件下滴入大量石油醚中沉淀，有白粉末状固体出现.将此沉淀干燥后再溶于20ｍＬ四氢呋喃中，再用石油醚沉淀，反复此过程两次，最后得到较纯的白粉末状聚合物.
1.3ＮＩＰＡＭＣＨＡ共聚物的ＬＣＳＴ测定
ＮＩＰＡＭＣＨＡ共聚物的ＬＣＳＴ的拟定采用浊度法和荧光探针法.浊度法为配制0.25%共聚合物水溶液，聚合物水溶液在每一指定温度下恒温30ｍｉｎ后，测定其在550ｎｍ处的透光率.将透光率对温度的变化作图，曲线的拐点定义为该聚合物的ＬＣＳＴ[13].荧光探针法选用芘(Ｐｙ)为的探针分子，在溶液中芘的浓度小于10-5ｍｏｌＬ时，可观测到具有精细结构单体激发态荧光，依次在373ｎｍ、379ｎｍ、384ｎｍ、390ｎｍ、397ｎｍ附近出现五重发射峰.运用第一发射峰与第三发射峰强度比(Ｉ
1 Ｉ3)作为芘“极性标尺”[14]，检测其周边环境极性的变化.在实验中，将一定量芘的四氢呋喃溶液和不同量聚合物的四氢呋喃溶液混合，然后加入大量二次蒸馏水，使芘的最终浓度为5×10 7ｍｏｌＬ，超声振荡进一步分散溶液后，暗处静置24ｈ后，测定其荧光光谱后计算Ｉ1 Ｉ3值.
盘索里1.4表面张力的测定
配置不同浓度的共聚物水溶液，采用滴重法来测量其水溶液的表面张力.溶液滴速为1μＬｓ，当悬挂液滴达成最大时，仪器自动记录液滴的体积，根据公式(1)计算出溶液的表面张力.
γ=φＶρｇ2πｒ(1)
式中Ｖ为液滴体积,ρ为聚合物溶液密度，当浓度很小可以近似为相同温度下水的密度,ｒ为滴管的外半径.φ为校正因子，仪器自带.大瀑布的葬礼教学设计
1.5共聚物胶束对胆甾醇的包埋
配制共聚物Ｐ(ＮＡ)(20∶1,ｍｏｌ∶ｍｏｌ)的四氢呋喃溶液(2ｍｇｍＬ)和胆甾醇的四氢呋喃溶液(36.2ｍｇｍＬ).用微量计量器量取300μＬ聚合物的四氢呋喃溶液分别与10μＬ和20μＬ胆甾醇的四氢呋喃溶液混合，用二次蒸馏水稀释到10ｍＬ(分别记为样品1、样品2)，然后超声振荡进一步分散胶束溶液.样品1和2在25℃稳定24ｈ后，运用激光粒度分析仪(Ｚｅｔａｓｉｚｅｒ3000ＨＳ)测量两个样品中胶束
的平均粒径和分布.
2结果与讨论晒黑族
2.1Ｐ(ＮＩＰＡＭｃｏＣＨＡ)合成和表征
共聚物的合成路线如图1所示.在所合成的不同共聚比ＮＩＰＡＭＣＨＡ的共聚物的ＩＲ和1ＨＮＭＲ谱图中，均可以看到这两种结构单元相应的特性吸取峰.图2为ＮＩＰＡＭ和ＣＨＡ以投料比为1 5∶1和20∶1共聚所得共聚物(分别简称为共聚物Ｐ(ＮＡ)1 5 1(ａ)和Ｐ(ＮＡ)20 1(ｂ))的红外谱图(ＫＢｒ,ｃｍ-1).1731ｃｍ-1,1652ｃｍ-1分别为共聚物中ＣＨＡ结构单元中羧酸酯羰基和ＮＩＰＡＭ单元的酰胺羰基的特性吸取峰.可以看到，随着共聚物中ＮＩＰＡＭ含量的增长，羧酸酯羰基在1731ｃｍ-1附近的吸取峰逐渐变小.用ＧＰＣ法测定的聚合物分子量和分布的数据见表1.
共聚物的组成比是通过核磁共振分析拟定的，即通过测定不同单体具有的特性核磁共振吸取峰面积比而拟定的.图3所示为ＮＩＰＡＭ和ＣＨＡ以投料比为100∶1共聚所得共聚物(Ｐ(ＮＡ)100 1)在ＣＤＣｌ3溶液中的1ＨＮＭＲ谱图.其中化学位移δ=0 7处的峰为丙烯酸胆甾醇酯残基中直接与五元环相连的—ＣＨ3上质子的核磁共振吸取[15]，而化学位移δ=4 0处的峰则为Ｎ异丙基丙烯酰胺上异丙基叔碳质子的核磁共振吸取.通过计算这两种氢吸取峰面积之比，就可得到共聚物的组成比.其它各个共聚物的组成比计算与此类似，得到的结果如表1所示.
2.2Ｐ(ＮＩＰＡＭｃｏＣＨＡ)的温敏性
汽车天地
赏av电影ＰＮＩＰＡＭ分子内同时具有亲水性的酰胺基和疏水性的异丙基，它们与水分子之间存在不同的互相作用.在ＬＣＳＴ以下时,ＰＮＩＰＡＭ大分子链周边的溶剂水分子由于氢键和范德华力作用形成一种由氢键连接的、有序化限度较高的溶剂化壳层.随着温度的升高,ＰＮＩＰＡＭ与水的互相作用参数发生突变，使其分子内部和大分子间的疏水互相作用加强，形成疏水层，部分氢键被破坏，最终大分子链疏水部分的溶剂化层被破坏，水分子从溶剂化层排出，体系发生相变，即表现出温敏性.
一般而言,ＰＮＩＰＡＭ中引入亲水或者疏水链段都会改变聚合物的ＬＣＳＴ，引入亲水链段将使聚合物的ＬＣＳＴ升高，而疏水单元则使得ＬＣＳＴ减少.ＣＨＡ是一种强疏水性单体，与ＮＩＰＡＭ共聚后使聚合物的疏水作用增强，从而使ＰＮＩＰＡＭ的相转变温度减少.运用浊度法测得的ＣＨＡ结构单元摩尔含量和共聚物相转变温度的关系如图4所示.由图可知，少量的ＣＨＡ单元对ＰＮＩＰＡＭ相转变温度的影响与本研究组曾报道过的偶氮单体2 [4 (4′ 乙氧基苯基偶氮)苯氧基]乙基丙烯酸酯ＥＡＰＥＡ[16]相比要小得多.当共聚物中ＣＨＡ的摩尔含量为4.76%时，整个共聚物的相转变温度由32℃下降至29℃，说明ＣＨＡ可以影响共聚物在水溶液中的亲水疏水平衡，但是变化不是很显著，这是由于所合成的双亲性共聚物Ｐ(ＮＩＰＡＭｃｏＣＨＡ)在水溶液中形成了有核壳结构的胶束.由于ＣＨＡ的强疏水性，基本处在胶束的内核，共聚物对溶液温度的敏感性重要表现为胶束壳层的响应，而核层的影响较小.所以当共聚物中ＣＨＡ含量较低时，其ＬＣＳＴ下降不显著.实验还发现随着共聚物中ＣＨＡ
含量的增长，共聚物在水中的溶解性显著下降.
研究发现溶液中的离子强度的变化可以明显地改变共聚物Ｐ(ＮＩＰＡＭｃｏＣＨＡ)的ＬＣＳＴ(图5).随着盐的加入,Ｐ(ＮＩＰＡＭｃｏＣＨＡ)的ＬＣＳＴ逐渐减少，并呈现出线性减小的规律.在相同浓度下,ＳＯ42-对ＬＣＳＴ的影响较Ｃｌ-和Ｂｒ-明显，在0.1ｍｏｌＬ的Ｎａ2ＳＯ4溶液中，共聚物Ｐ(ＮＩＰＡｃｏＣＨＡ)的ＬＣＳＴ下降了约7℃，而在相同浓度的ＮａＣｌ和ＮａＢｒ中，共聚物Ｐ(ＮＩＰＡｃｏＣＨＡ)的ＬＣＳＴ分别下降了2℃和1℃.为了进一步验证上述实验结果，运用荧光探针法测定了所合成共聚合物的ＬＣＳＴ.图6给出了探针化合物芘在0.05ｍｇｍＬ共聚物Ｐ(Ｎ
Ａ)20.1水溶液中荧光光谱的第一发射峰的强度Ｉ1随温度变化的曲线.可以看出当温度在12～30℃之间时，芘的荧光光谱的第一发射峰的强度Ｉ1基本不变，当温度继续升高时,Ｉ1开始增大.这说明在此温度以上，芘周边环境的极性急剧减弱.因此，该温度(图6曲线上的拐点)就是共聚物的ＬＣＳＴ.所得的ＬＣＳＴ值与前面运用浊度法测得的结果是一致的.
2.3Ｐ(ＮＩＰＡＭｃｏＣＨＡ)的胶束行为
图7为运用滴重法测得的ＮＩＰＡＭＣＨＡ共聚物Ｐ(ＮＡ)100.1和Ｐ(ＮＡ)20.1水溶液表面张力随浓度变化的等温曲线.由图中可以看出Ｐ(ＮＡ)100.1和Ｐ(ＮＡ)20 .1的表面张力随着其浓度的增大而逐渐下降.当浓度分别为0.02ｍｇｍＬ和0.012ｍｇｍＬ时，其表面张力随浓度不再明显变化.这说明Ｐ(ＮＩＰ
ＡＭｃｏＣＨＡ)具有表面活性，并在浓度达成一定值时可形成胶束.上述曲线中的拐点即为临界胶束浓度(ＣＭＣ).由此拟定的Ｐ(ＮＡ)100 1,Ｐ(ＮＡ)80 1和Ｐ(ＮＡ)20 .1的ＣＭＣ分别为0. 02ｍｇｍＬ,0. 018ｍｇｍＬ和0 .012ｍｇｍＬ.其它投料比(如3∶1,1.5∶1)所得的共聚物中ＣＨＡ含量较高，由于ＣＨＡ的强疏水性，共聚物在水中的溶解度很低，难以测得其ＣＭＣ.
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