水溶性側(cè)鏈含多胺基的聚合物的合成及性質(zhì)研究.pdf

1、把生物多胺小分子引入到聚合物（特別是結(jié)構(gòu)規(guī)整的嵌段共聚物）中得到的多胺聚合物，與生物多胺小分子一樣具有一系列的生物學(xué)性能，在生物體的生理過程中如細(xì)胞新陳代謝，DNA復(fù)制等起著非常重要的作用，而且聚合物的鏈結(jié)構(gòu)有利于胺基的穩(wěn)定和功能基團(tuán)的發(fā)揮。本文系統(tǒng)介紹了胺基的性質(zhì)，常見多胺聚合物的結(jié)構(gòu)、合成方法以及在工業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用;并且研究了多胺聚合物的特征和在水溶液中的自組裝結(jié)構(gòu)和在生物材料方面的初步應(yīng)用。研究了多胺聚合物均聚物或嵌段共聚物的合成

2、方法，在水溶液中形成的聚集體形態(tài)，通過調(diào)控水溶液的pH值，水溶液的溫度或者水溶液的鹽濃度，來調(diào)節(jié)水溶液中聚合物自組裝形成的聚集體的聚集形態(tài)。
　　 (1)制備了含胺結(jié)構(gòu)的單體5-甲基丙烯酰胺基戊胺鹽酸鹽(MAAPA)，以大分子引發(fā)劑單甲基聚乙二醇偶氮二異氰基戊酸(mPEG-ACVA)為引發(fā)劑在水溶液中通過自由基聚合的方法合成了pH敏感的多胺嵌段共聚聚合物。通過1H-NMR，GPC-MALLS和元素分析表征了聚合物的結(jié)構(gòu)和分子量。

3、此外，通過動態(tài)光散射(DLS)，透射電鏡(TEM)，共振光散射研究了在水溶液中pH值，鹽濃度與聚合物的自組裝的聚集體尺寸大小。從DLS和TEM的實(shí)驗(yàn)結(jié)果可以得出，隨著水溶液pH值的升高，聚合物中的親水基團(tuán)質(zhì)子化的銨基逐漸去質(zhì)子化，聚集體的疏水基團(tuán)增加，而且去質(zhì)子化后的氨基形成的氫鍵相互作用力增大，使得聚集體聚集，引起聚集體的尺寸變大，當(dāng)聚集體中的質(zhì)子化的NH3+越來越少時(shí)，聚集體就會沉淀出來;而當(dāng)水溶液中鹽的濃度增加時(shí)，溶液中的離子濃度

4、變大，聚集體表面電荷作用力增加，使得聚集體尺寸變小。而共振光散射的強(qiáng)度和聚集體的大小有很大的關(guān)系，所以隨著pH值的降低，鹽濃度的增加，共振光散射強(qiáng)度減小。
　　 (2)制備了多胺單體N1-(4-乙烯芐基)-1，5-戊二胺鹽酸鹽(VBPDA)，以偶氮二異氰基戊酸(ACVA)為引發(fā)劑在水溶液中通過自由基聚合的方法合成了pH敏感的多胺聚合物。通過FTIR,1H-NMR和GPC-MALLS表征了聚合物的一級結(jié)構(gòu)和分子量。此外，通過動態(tài)光

5、散射(DLS)，透射電鏡(TEM)，紫外光譜，共振光散射和熒光光譜計(jì)研究了在水溶液中pH值，鹽濃度與聚合物的自組裝的聚集體尺寸大小，光學(xué)性質(zhì)的關(guān)系。從DLS和TEM的實(shí)驗(yàn)結(jié)果可以得出，水溶液的pH變化對水溶液中聚集體的尺寸影響比水溶液的鹽濃度的影響要大:隨著水溶液pH值的升高，聚合物中的親水基團(tuán)質(zhì)子化的銨基逐漸去質(zhì)子化，聚集體的疏水基團(tuán)增加，而且去質(zhì)子化后的氨基形成的氫鍵相互作用力增大，使得聚集體聚集，引起聚集體的尺寸變大，當(dāng)聚集體中的

6、質(zhì)子化的銨基越來越少時(shí)，聚集體就會沉淀出來;而當(dāng)水溶液中鹽的濃度增加時(shí)，溶液中的離子濃度變大，電荷間作用力增強(qiáng)，使得聚集體尺寸變小。而共振光散射的強(qiáng)度和聚集體的大小有很大的關(guān)系，所以隨著pH值的降低，鹽濃度的增加，共振光散射強(qiáng)度減小。對于光學(xué)性質(zhì)的影響，主要是由于發(fā)射基團(tuán)芳香環(huán)周圍的電荷變化，使得紫外吸收和發(fā)射熒光強(qiáng)度發(fā)生了改變，隨著pH值的降低或者鹽濃度的增加，熒光強(qiáng)度變大。
　　 (3)合成含有側(cè)鏈正戊二胺的PVBPDA直鏈

7、和親水的mPEG直鏈組成的兩嵌段多胺共聚物mPEG-b-PVBPDA。通過1H-NMR和GPC-MALLS表征了聚合物的結(jié)構(gòu)和分子量。雙親水嵌段聚合物mPEG-b-PVBPDA在水溶液中能夠自組裝，改變水溶液的pH或者水溶液的溫度來調(diào)節(jié)嵌段共聚合物的自組裝行為。使用態(tài)光散射(DLS)，紫外光譜，共振光散射和熒光光譜研究了聚合物在水溶液中自組裝的聚集體尺寸大小，光學(xué)性質(zhì)的關(guān)系與水溶液的pH值，溫度的關(guān)系。隨著水溶液的pH值的升高，嵌段共聚

8、物中的質(zhì)子化的氨基去質(zhì)子化后，疏水鏈增多，水溶液中的小聚集體由于氨基的氫鍵的相互作用發(fā)生了聚集，而且隨著pH值的升高，形成了以PVBPDA為核，mPEG為殼的核殼結(jié)構(gòu)，所以隨著pH值的升高，水溶液中聚集體的尺寸變大，DLS測得的流體力學(xué)半徑隨著pH值的升高而變大，共振光散射的強(qiáng)度也會升高。而隨著pH值的升高，紫外吸收強(qiáng)度，熒光的強(qiáng)度由于發(fā)射官能團(tuán)芳香環(huán)周圍電子密度降低，所以強(qiáng)度都會減弱。而水溶液的溫度變化，使得分子的動能增加，聚集體的尺

9、寸變小，但是氨基形成的氫鍵作用力比較大，所以聚集體的大小隨溫度變化較小。
　　 同時(shí)初步研究了多胺嵌段共聚物分別與DNA，BSA形成的生物大分子在水溶液中的自組裝行為與構(gòu)象的變化。在對DNA轉(zhuǎn)染后，形成了生物大分子，通過凝膠電泳研究了合成的三種嵌段共聚物與DNA的相互作用形成的聚電解質(zhì)生物大分子的電泳，可以得出嵌段共聚物中氨基的含量越高，對DNA的轉(zhuǎn)染效率越高;通過共振光散射研究了含有不同聚合物的聚電解質(zhì)在水溶液中聚集體的尺寸變

10、化，隨著多胺聚合物的加入，聚集體尺寸變大，當(dāng)達(dá)到1∶1后，聚集體的尺寸變化比較小。也用圓二色光譜儀（CD光譜儀）來測量了DNA與不同量的多胺聚合物相互作用后生成的聚電解質(zhì)的構(gòu)象變化，發(fā)現(xiàn)直線型的多胺聚合物使得DNA的構(gòu)象發(fā)生了改變，手性變低。而多胺聚合物與BSA形成的聚電解質(zhì)在水溶液中的聚集體通過DLS，功能熒光來研究，隨著多胺聚合物的加入，BSA和多胺聚合物中的氨基相互作用，生成大的生物大分子，形成的聚集體逐漸變大;用CD光譜儀測定了

11、形成的生物大分子的圓二色譜光譜，通過CDPro軟件計(jì)算，其中生物大分子中的α-螺旋結(jié)構(gòu)隨著多胺聚合物的加入逐漸變少，而生物大分子中的β-螺旋結(jié)構(gòu)隨著多胺聚合物的加入逐漸增加，表明了多胺加入后，誘發(fā)蛋白質(zhì)BSA的多肽鍵斷裂，斷裂后的多肽鍵重新組合后，形成了新的手性構(gòu)象的多肽鍵。
　　 (4)水溶性的嵌段準(zhǔn)聚輪烷大分子通過含有側(cè)鏈戊二胺基團(tuán)的嵌段聚合物mPEG-b-PVBPDA和葫蘆脲CB[6]在水溶液中相互作用來制備。嵌段準(zhǔn)聚輪烷

12、可以通過調(diào)節(jié)聚合物與CB[6]不同的摩爾比來調(diào)配準(zhǔn)聚輪烷中CB[6]的含量。含有不同量CB[6]的準(zhǔn)聚輪烷的性質(zhì)通過元素分析，核磁來表征并且推算出CB[6]的準(zhǔn)確含量。這些準(zhǔn)聚輪烷在水溶液中的自組裝現(xiàn)象通過動態(tài)光散射(DLS)，透射電鏡(TEM)，紫外光譜，共振光散射和熒光光譜來研究。同時(shí)，研究了的含有不同含量的CB[6]的嵌段準(zhǔn)聚輪烷水溶液的聚集形態(tài)與水溶液溫度的關(guān)系。DLS，TEM和共振光散射的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表明隨著隨著CB[6]含量的增

13、加，水溶液中準(zhǔn)聚輪烷形成的聚集體的尺寸變大，可能是隨著CB[6]的加入，與嵌段共聚物中的親水的正戊二胺基團(tuán)形成輪烷結(jié)構(gòu)后，親水性鏈端變?yōu)槭杷湺?，聚集體發(fā)生了膨脹;另外一個(gè)可能的原因是分子本身的體積隨著CB[6]的加入也逐漸變大，這兩種原因使得聚集體尺寸變大;由雙親水嵌段共聚物變?yōu)閮捎H性嵌段準(zhǔn)聚輪烷，在水溶液中聚集成“核殼”結(jié)構(gòu)，由于中間的核太大所以在TEM中外面的PEG鏈就沒法顯示出來。所以隨著CB[6]含量的增加，聚集體尺寸逐漸變大

14、，而且越來越緊密。
　　 也研究了水溶液的溫度對于不同含量CB[6]的嵌段準(zhǔn)聚輪烷的聚集體的聚集形態(tài)的影響。從DLS的數(shù)據(jù)可以看出，隨著溫度的升高，聚集體的尺寸逐漸變小，但是從35到45℃溫度變化時(shí)，聚集體的尺寸變化不大。而且當(dāng)溫度為0℃時(shí)，由CB[6]與嵌段共聚物mPEG-b-PVBPDA按1∶1摩爾比形成的嵌段準(zhǔn)聚輪烷，在水溶液中形成的聚集體在水溶液中沉淀出來，嵌段準(zhǔn)聚輪烷疏水鏈太多，形成的聚集體太大，由于低溫下，分子運(yùn)動動