两亲性聚己内酯嵌段共聚物的合成及其自组装行为研究

【摘要】：两亲性嵌段共聚物,通常具有良好的生物降解性、生物相容性,在选择性溶剂中发生微相分离,可以形成具有疏水内核和亲水外壳的自组装胶束,被广泛用于生物医药领域,如药物控制释放体系、手术缝合线和骨科固定材料、组织工程材料等。本文以聚己内酯(PCL)为疏水材料,聚乙二醇(PEG)或聚乙烯基吡咯烷酮(PVP)为亲水材料合成一系列两亲性嵌段共聚物,并对其分子结构、胶束化行为进行了研究,主要工作如下： 1.首先以巯基乙醇(MCE)为链转移剂、偶氮二异丁腈(AIBN)为引发剂,N,N-二甲基甲酰胺(DMF)为溶剂,通过自由基溶液聚合法得到端羟基聚乙烯基吡咯烷酮(PVP-OH)。然后以PVP-OH为大分子引发剂、辛酸亚锡(Sn(Oct)2)为催化剂,引发ε-己内酯(ε-CL)的开环聚合得到两嵌段聚乙烯基吡咯烷酮-聚己内酯(PVP-PCL)。采用GPC表征聚合物的分子量及分布,FT-IR和1H NMR表征其化学结构,测得PVP-PCL的数均分子量(Mn)为3.9×103,分子量分布指数(PDI)为1.62。并用探针法测得PVP-PCL的临界胶束浓度(CMC)值仅为1.7 mg/L,说明其自组装胶束非常稳定。同时,用DLS和SEM测得其自组装胶束的粒径为100-200 nm,多分散系数小于0.1,胶束形貌主要为球形。 2.以PEG4000或PEG6000为引发剂,Sn(Oct)2为催化剂,采用开环聚合合成了聚己内酯-聚乙二醇-聚己内酯(PCL-PEG-PCL)三嵌段共聚物。利用1H NMR、FT-IR及GPC表征了聚合物的微观结构和分子量,测得Mn与理论值非常符合,PDI皆小于1.5,聚合物结构中PEG/PCL质量百分比分别为50/50和33/67。荧光探针法测得PCL分子量为4000和8000时共聚物的CMC值分别为0.95 mg/L和0.38 mg/L, CMC值随着疏水嵌段PCL长度增加而减小。DLS测得其自组装胶束粒径为165-218 nm,多分散系数为0.074-0.076。对于固定长度的PEG,随着PCL长度增加,胶束粒径增大；对于同样的亲水／疏水组成,增加其绝对长度粒径也会增大。 3.以芘作为探针,进一步研究了PVP-PCL水溶液胶束的性质。首先研究了芘在胶束相和水相的分布情况,利用分配平衡常数(K)与芘的荧光激发光强度比I336nm/I333nm的关系,计算得到芘的Kv为3.97×105,说明其胶束核疏水性很强。通过荧光各向异性法研究胶束内核的紧密程度,发现当浓度小于CMC值时,由于溶液中预胶束的形成,疏水作用使芘分子增溶到胶束内核,限制了芘的旋转扩散运动,引起各向异性值随着浓度的增加而变大；而当浓度大于CMC值后,每个胶束的分子聚集数不再随浓度增加而变大,核的紧密程度基本不再变化,各向异性值不再随浓度的增大而增大。在升温过程中,稳态荧光光谱法研究发现芘在胶束溶液中的荧光强度随着温度升高呈线性降低,但是在53℃出现了拐点,而芘在水溶液中强度变化未出现此拐点,结合微量DSC和光散射法结果,认为PVP-PCL胶束在升温过程疏水内核PCL发生熔融,改变了核内芘所处的微环境从而导致荧光强度变化率的改变。用时间分辨发射光谱法研究发现在胶束中芘只有一个对应于胶束相的寿命值,说明探针芘分子全部都在胶束相中。