超支化聚合物的結(jié)構(gòu)設(shè)計、機理和應(yīng)用研究.pdf

1、高度支化聚合物，由于其較小的流體力學(xué)半徑和較多的末端功能團，而被廣泛應(yīng)用于涂料、粘合劑和藥物釋放等領(lǐng)域。超支化聚合物作為高度支化聚合物家族的典型代表，一直被人們廣泛關(guān)注和研究?，F(xiàn)今，越來越多的科研人員和工程師認識到了超支化聚合物的重要性，層出不窮的新合成方法也不斷地被開發(fā)并加以利用。誠然如此，超支化聚合物的合成依然存在許多問題，如合成方法復(fù)雜、聚合物結(jié)構(gòu)不夠規(guī)整、聚合物組分過于單一以及聚合物的功能性不強等。本論文主要探討長鏈超支化聚合物

2、的形成機理、新型超支化聚合物的合成方法及其性能和應(yīng)用，旨在開發(fā)出簡單的合成方法去合成具有復(fù)雜結(jié)構(gòu)、高功能性或是多組分的超支化聚合物，確定其分子結(jié)構(gòu)和性質(zhì)之間的相互關(guān)系，討論其應(yīng)用價值。其中的工作主要包括以下五個方面:
　　1.長鏈超支化聚合物合成過程中自成環(huán)副反應(yīng)及其影響
　　許多工作致力于ABx型大分子單體在自結(jié)合過程的機理研究，探討了反應(yīng)條件對最終產(chǎn)物結(jié)構(gòu)和分子量的影響，如反應(yīng)時間、反應(yīng)溫度、溶劑極性、配體類型和含量等，

3、卻少有學(xué)者關(guān)注大分子單體自成環(huán)這個貫穿整個聚合過程又難以避免的副反應(yīng)。在實際反應(yīng)過程中，環(huán)化反應(yīng)對鏈增長反應(yīng)的影響相當(dāng)復(fù)雜。筆者試圖從分子結(jié)構(gòu)出發(fā)探討自成環(huán)反應(yīng)對超支化聚合增長過程的影響，首先，長鏈超支化聚合物可以看作是ABx型聚合物，其中A和B都具有反應(yīng)活性，依然有成環(huán)的可能，因此，自成環(huán)反應(yīng)不僅發(fā)生在大分子單體階段，同時不同聚合度的超支化聚合物同樣有發(fā)生自成環(huán)的可能;其次，自成環(huán)的單體或超支化聚合物可以視為單官能度或多官能度的Bn核

4、，將進一步作用于超支化聚合物的生長過程。本工作通過ATRP反應(yīng)合成出中間帶炔基、兩端各帶一個溴基團的聚苯乙烯，通過將兩端的溴基團轉(zhuǎn)化為疊氮基團，制備出不同分子量的seesaw型AB2大分子單體。通過核磁、GPC等手段研究不同分子量的大分子單體進行點擊聚合反應(yīng)后的產(chǎn)物結(jié)構(gòu)，探討在合成長鏈超支化聚合物過程中，自成環(huán)反應(yīng)影響最終產(chǎn)物結(jié)構(gòu)和聚合度的作用原理。
　　2.高抗菌活性、低溶血毒性的模擬抗菌肽的合成
　　細菌耐藥性的形成及其

5、迅速擴散已對全球公眾健康造成了嚴(yán)重的危害，并引起廣泛關(guān)注，同時也為新型高效抗菌藥物的研制提供了巨大的動力。傳統(tǒng)模擬抗菌肽擁有兩個與細菌細胞膜破壞相關(guān)的基本結(jié)構(gòu)特征——陽離子性和兩親性，帶正電的陽離子部分與帶負電荷的細胞膜表面存在電荷相互吸引，使抗菌材料與細菌的細胞膜相互靠近，抗菌材料的疏水部分直接與細菌細胞膜表面的脂質(zhì)體相互作用，破壞細胞膜上脂質(zhì)體的有序排列，從而引起細菌的細胞膜的破裂，細胞死亡。然而，由于人體細胞的細胞膜也是由脂質(zhì)體組

6、成，抗菌材料的疏水部分破壞細菌細胞膜的機理同樣適用于破壞正常的人體細胞。在這一章節(jié)里，我們結(jié)合了ATRP反應(yīng)、點擊化學(xué)和Boc基團的保護和脫保護，制備出長鏈超支化聚丙烯酸氨基乙酯，這種不含有疏水組分的長鏈超支化結(jié)構(gòu)的聚陽離子，同樣展示出了很高的抗菌活性，并且具有較好的生物相容性，它是一種強效、低溶血活性的模擬抗菌肽。這種高選擇性的模擬抗菌肽將在對抗耐藥性細菌中獲得巨大的應(yīng)用價值。
　　3.可降解型長鏈超支化嵌段共聚物的合成、表面修

7、飾與藥物負載
　　相比于線形嵌段共聚物，超支化嵌段共聚物能夠在更低的濃度下自組裝形成單分子或多分子膠束，作為藥物載體具有更高的穩(wěn)定性。此外，超支化嵌段共聚物還含有大量的末端功能團方便進行修飾，可以接上靶向分子，也可以通過響應(yīng)性的弱化學(xué)鍵或其他相互作用連接上藥物分子，調(diào)節(jié)藥物靶向釋放過程。在這一章節(jié)中，我們設(shè)計并合成了中間帶炔基、兩端帶疊氮的seesaw型三嵌段共聚物大分子單體，通過大分子單體的自結(jié)合反應(yīng)和三氟乙酸脫保護反應(yīng)，我們成

8、功合成出長鏈超支化聚乳酸-聚丙烯酸氨基乙酯嵌段共聚物。通過聚乳酸的疏水作用和聚丙烯酸氨基乙酯的正電性，協(xié)同負載電負性的藥物、DNA或RNA時，將在酸性條件下表現(xiàn)出協(xié)同釋放的行為，是潛在的藥物或基因載體。為了避免引起免疫反應(yīng)，我們在超支化嵌段共聚物表面進一步修飾上PEG，屏蔽長鏈超支化嵌段聚乳酸-聚丙烯酸氨基乙酯的表面電荷，同時提高載體在水溶液中的穩(wěn)定性。
　　4.新型熒光超支化聚合物的合成
　　新型聚合反應(yīng)的探索與新型單體的

9、開發(fā)對高分子科學(xué)的發(fā)展起著至關(guān)重要的作用。眾所周知，聚合物的結(jié)構(gòu)與性能很大程度上取決于用來合成它們的單體的分子結(jié)構(gòu)。有效的聚合方式，是實現(xiàn)單體到聚合物的轉(zhuǎn)化的基本途徑。合成聚三唑環(huán)的單體包括炔烴和有機疊氮化物，然而有機疊氮化物，尤其是疊氮化有機小分子穩(wěn)定性差，容易發(fā)生爆炸，操作危險性高，而且具有不易存儲和運輸?shù)热秉c。本工作致力于開發(fā)可用來制備聚三唑環(huán)的新型單體和反應(yīng)，以期改善單體的穩(wěn)定性，降低操作的危險性，提高反應(yīng)的效率。有意思的是通過

10、這種方法合成的超支化聚三唑環(huán)，盡管本身沒有引入熒光基團，卻表現(xiàn)出熒光特性。我們測試了不同溶劑的超支化聚三唑環(huán)溶液，測試結(jié)果表明超支化聚三唑環(huán)在甲醇、DMF、水以及水/THF的混合溶劑中，超支化聚三唑環(huán)的最大發(fā)射波長在400 nm，而在THF或二氯甲烷中最大發(fā)射波長則為310nm。
　　5.pH、溫度雙重響應(yīng)性水凝膠的合成與藥物控制釋放
　　刺激響應(yīng)性物質(zhì)能夠?qū)ν饨绱碳じ淖冏陨淼捏w積、滲透性或是其他性能，外界刺激可以是溫度、p

11、H、電場、化學(xué)物質(zhì)等。基于這些特性，刺激響應(yīng)性水凝膠在藥物傳遞、生物傳感器、生物催化劑、組織工程等領(lǐng)域獲得廣泛應(yīng)用。賦予水凝膠溫度、pH雙重響應(yīng)性為調(diào)控水凝膠行為帶來更多選擇性，同時也拓展了智能水凝膠的應(yīng)用價值。在這一章節(jié)中，我們通過DMAEMA（或NIPAM）和丙烯酸丙炔酯(ProA)的共聚物與一個鏈末端帶有兩個疊氮基團的PNIPAM(或PDMAEMA)大分子交聯(lián)劑進行點擊化學(xué)反應(yīng)，制備出兩類交聯(lián)主鏈組分和接枝鏈組分對調(diào)的梳型接枝水凝