超支化聚合物囊泡的多級自組裝及其在模擬細(xì)胞聚集中的應(yīng)用研究.pdf

1、細(xì)胞模擬化學(xué)（Cytomimetic Chemistry）是二十世紀(jì)末出現(xiàn)的一個新興研究領(lǐng)域，研究內(nèi)容主要是通過利用人工合成的雙層膜（囊泡），來模擬細(xì)胞的結(jié)構(gòu)和功能；屬于一個涵蓋了化學(xué)、生命科學(xué)及材料等多學(xué)科交叉誕生的研究方向。細(xì)胞-細(xì)胞聚集在生命體系中起著非常重要的作用，存在于多數(shù)的生物過程中，例如免疫反應(yīng)、凝血、炎癥、胚胎形成、內(nèi)皮組織或神經(jīng)組織等。作為細(xì)胞模擬化學(xué)的一個分支，用“囊泡-囊泡”聚集來模擬“細(xì)胞-細(xì)胞”聚集的研究工作引

2、起了科學(xué)家們廣泛的關(guān)注；迄今為止，許多科學(xué)家在這個領(lǐng)域中做出了卓有成效的工作。他們以脂質(zhì)體囊泡為基元，通過多重超分子相互作用，實現(xiàn)了囊泡的聚集，用以模擬細(xì)胞聚集的過程?？偨Y(jié)文獻(xiàn)工作可以發(fā)現(xiàn)，該研究領(lǐng)域依然存在以下一些問題：第一，常用于囊泡聚集研究的囊泡尺寸過小，遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于細(xì)胞的尺寸；第二，制備的囊泡聚集體尺寸偏小，遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于自然界中細(xì)胞聚集體的尺寸；第三，大部分采用脂質(zhì)體囊泡來開展研究工作，關(guān)于聚合物囊泡聚集的研究工作非常少；第四，可逆及可

3、控的囊泡聚集研究甚少。針對上述問題，本論文成功地將細(xì)胞尺寸的超支化聚合物囊泡引入到模擬細(xì)胞聚集研究領(lǐng)域中，通過設(shè)計新的驅(qū)動力，包括相分離、主客體作用、點擊化學(xué)反應(yīng)、多巴胺的強吸附作用等，研究了超支化聚合物囊泡的聚集行為。主要研究內(nèi)容和結(jié)論概括如下：
　　1．“類聚合”的囊泡多級自組裝研究
　　采用陽離子開環(huán)聚合和原子轉(zhuǎn)移自由基聚合的方法，合成了兩親性超支化多臂共聚物HBPO-star-PEO和pH響應(yīng)性的兩親性超支化多臂共聚

4、物HBPO-star-PDMAEMA。通過兩種聚合物在中性水溶液中的共組裝，成功制備了具有pH響應(yīng)性的雜臂超支化聚合物囊泡，并研究了該雜臂超支化聚合物囊泡在不同pH下的多級自組裝行為。通過OM、FM和LCSM對多級組裝過程進(jìn)行了詳細(xì)地跟蹤表征，并利用 LCSM和 NOSEY對組裝機理進(jìn)行了證明。研究發(fā)現(xiàn)，隨著pH的增加，PDMAEMA在囊泡膜表面發(fā)生微相分離，形成類似脂筏結(jié)構(gòu)的疏水微區(qū)，從而使囊泡帶上各向異性的疏水位點。這些各向異性的囊

5、泡可以通過疏水位點之間的識別進(jìn)一步聚集形成線性、支化狀、環(huán)狀、超支化或者網(wǎng)狀的囊泡鏈，如同單體的均聚、接枝共聚、內(nèi)環(huán)化、超支化聚合及交聯(lián)聚合過程。最后，通過融合，得到線性、支化狀、環(huán)狀或者網(wǎng)狀的微米管。
　　2.主客體作用驅(qū)動的宏觀囊泡聚集
　　通過端基修飾的方法，合成了環(huán)糊精、金剛烷或偶氮苯修飾的兩親性超支化多臂共聚物。將它們與未修飾的超支化多臂共聚物共組裝，分別制備了環(huán)糊精、金剛烷或偶氮苯修飾的超支化聚合物囊泡，命名為C

6、D-BPs、Ada-BPs和Azo-BPs?；诃h(huán)糊精和金剛烷的主客體作用，實現(xiàn)了CD-BPs和Ada-BPs的聚集，制備了模擬細(xì)胞粘著連接的宏觀可見的超支化聚合物囊泡聚集體。OM和FM結(jié)果表明，囊泡聚集體是由三維的緊密堆積的囊泡組成。通過FL和NOSEY譜等表征方法，證實了主客體作用在囊泡聚集過程中舉足輕重?；诃h(huán)糊精和偶氮苯的光可逆的主客體作用，實現(xiàn)了CD-BPs和Azo-BPs的聚集，構(gòu)筑了光響應(yīng)的可逆超支化聚合物囊泡聚集體系，模

7、擬了細(xì)胞可逆的粘著連接。通過加入競爭主體分子、UV/Vis和 NOSEY譜等方法，對此過程的主客體作用進(jìn)行了證明。超支化聚合物囊泡的聚集程度可以通過改變聚合物濃度或官能團濃度進(jìn)行調(diào)節(jié)；且隨著濃度的降低，超支化聚合物囊泡聚集體轉(zhuǎn)變?yōu)榫€性超支化聚合物囊泡鏈。此外， OM、FM和FL等結(jié)果表明囊泡融合發(fā)生在這兩個囊泡聚集的體系中。
　　3.點擊化學(xué)反應(yīng)驅(qū)動的囊泡聚集：可控融合和相分離
　　通過端基修飾的方法，制備了疊氮基團和丙炔基

8、團修飾的兩親性超支化多臂共聚物。將它們與未修飾的超支化多臂共聚物共組裝，分別得到了疊氮基團或丙炔基團修飾的超支化聚合物囊泡（N3-BPs或Alk-BPs）。通過OM、FM及FL等表征方法，對復(fù)合囊泡的組成和結(jié)構(gòu)進(jìn)行了詳細(xì)表征。將二者混合，在點擊化學(xué)反應(yīng)的條件下，實現(xiàn)了模擬粘著連接的超支化聚合物囊泡的聚集。OM，NMR和FTIR等結(jié)果表明，超支化聚合物囊泡聚集體是由點擊化學(xué)反應(yīng)促發(fā)的，并且官能團的濃度會影響到聚集體的堆積程度。研究還發(fā)現(xiàn)，

9、不期望的囊泡融合發(fā)生在這個過程中。受橋粒連接啟發(fā)，成功地制備了末端為疊氮基團的兩親性超支化多臂共聚物，它可以在水中自組裝形成疊氮基團修飾的球形膠束。將它與Alk-BPs混合，制備了大面積、無融合的超支化聚合物囊泡聚集體。通過OM、FM和FL等表征方法，證實了整個過程。調(diào)節(jié)丙炔基團與疊氮基團的摩爾比例，可以使緊密堆積的三維聚集體轉(zhuǎn)變?yōu)閱蝹€超支化聚合物囊泡。此外還發(fā)現(xiàn)，在點擊化學(xué)反應(yīng)驅(qū)動的囊泡聚集過程中還伴隨著囊泡表面的側(cè)向微相分離，該微相

10、分離過程與囊泡膜表面的官能團濃度有密切關(guān)系；隨著官能團濃度的降低，相分離行為減弱。
　　4.三組份識別作用驅(qū)動的囊泡聚集行為研究
　　通過官能團的轉(zhuǎn)換，制備了巰基修飾的兩親性超支化多臂共聚物，并通過水合自組裝，制備了表面含硫醇的超支化聚合物囊泡。采用OM和FM等表征方法，詳細(xì)分析了超支化聚合物囊泡的中空結(jié)構(gòu)。通過原位還原氯金酸，成功地制備了金納米粒子覆蓋的超支化聚合物囊泡。UV/Vis、OM、SEM和TEM等結(jié)果表明金納米粒