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本论文研究工作主要以生物相容性聚乳酸和天然氨基酸为砌块,设计合成了系列具有规整结构的嵌段功能大分子,研究了其溶液自组装和界面自组装过程及其调控,并进一步探索了其作为生物功能材料的应用。具体工作主要分为以下四个部分:
一、树枝形-线形嵌段功能大分子的设计、合成及表征
以丙交酯和天然赖氨酸片段为功能砌块,采用可控开环聚合和端基偶联方法,合成了同时含有疏水线形聚乳酸(PLLA)片段和亲水树枝状赖氨酸(DL)片段的嵌段功能大分子DLm-b-PLLAn和Dlm-b-PLLAn-b-DLm(其中m=1～3,n=5～45)。并通过1HNMR、GPC和MALDI-FTMS等手段对其进行了结构表征。结果表明制备得到的系列大分子结构规整(PDI<1.2),其疏水PLLA链段长度和亲水DL代数便于调控,为深入研究其结构.性能关系提供了基础。
二、树枝形-线形嵌段功能大分子溶液和界面自组装研究
1.通过共溶剂法制备了二嵌段功能大分子DL1-b-PLLA19、DL2-b-PLLA17和DL3-b-PLLA19的溶液自组装聚集体,并通过动态光散射(DLS)、透射电镜(TEM)等方法考察了聚集体形貌。研究结果表明,当PLLA链长基本保持不变时,DL代数变化对大分子溶液自组装形成的聚集体形貌存在显著影响:随着DL代数的增大,上述三个二嵌段大分子聚集体形貌分别为塌缩囊泡、柱状胶束、柱状胶束与球状胶束共存。聚集体形貌的差异可能为大分子壳层链段的空间位阻和静电斥力随着DL代数的增加而增大所致。
2.以树枝形-线形嵌段功能大分子为制膜材料,通过Breath-Figure法制备得到了介观有序多孔膜,并采用扫描电镜(SEM)、原子力显微镜(AFM)、接触角测试等方法研究了嵌段功能大分子界面自组装的形貌调控因素。结果表明,大分子的亲水/疏水比例和拓扑结构是影响其界面自组装的关键因素,多种制膜条件如浓度、制膜温度、相对湿度、基质表面能等也对界面自组装形成的介观有序多孔膜表面形貌产生重要影响。然后,以上述制备得到的介观有序多孔膜为基质对HeLa细胞进行了培养,其结果表明,与表面光滑的膜相比,多孔结构的BF膜对在其表面粘附生长的细胞的增殖存在一定的促进作用。
三、树枝形-线形功能大分子与质粒DNA的相互作用及基因输送载体应用相关研究
以具有不同分子结构的系列树枝形-线形嵌段功能大分子为研究对象,通过1,6.二苯基-1,3,5-己三烯(DPH)光谱探针法、溴化乙啶(EB)置换和琼脂糖凝胶电泳、DLS、TEM等多种分析测试手段研究了嵌段功能大分子结构因素对其临界聚集浓度(CAC)及其与pDNA相互作用的影响。结果表明改变嵌段大分子疏水链段的长度或亲水树枝形赖氨酸的代数都可在一定程度上调控CAC值,进而优化其与pDNA的结合能力。此外,相关生物学评价结果表明,DL2-b-PLLA22-b-DL2嵌段功能大分子作为基因输送载体具有一定的基因转染效率和良好的生物相容性。
四、新型星状-树枝形两亲大分子的设计合成初探
在上述树枝形.线形嵌段功能大分子的基础上,进一步发展了具有新型拓扑结构的星状-树枝形大分子的制备方法。首先采用第一部分工作中所述的传统偶联方法成功制备得到DL代数为1代和2代的四臂star-dendfitic大分子4arms-PLLAn-b-DLm,但偶联反应效率较低。进一步分别制备了带有叠氮基的星状PLLA片段6arms-PLLAn-N3和带有还原性二硫键的炔基化赖氨酸片段PA-CA-PDL1,然后通过叠氮基与炔基之间的click反应成功制备得到六臂的1代star-dendritic大分子6arms-PLLAn-click-DL1。结果表明,click反应比传统的缩合偶联方法更加高效,为将来进一步构建具有新型拓扑结构的环境响应性功能大分子提供了基础。