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聚乙烯吡咯烷酮(poly(N-vinylpyrrolidone),PVP)是一种综合性能优异、生物相容性好、用途广泛的水溶性聚合物。但PVP结构中不含功能基团,这限制了其进一步的应用。在PVP中引入功能基团的一般方法是将NVP与其它含功能基团的烯类单体进行无规自由基共聚,但由于NVP与这些单体的竞聚率差别较大,这导致共聚物高分子链上功能基团的分布不均一。利用NVP羰基α-位氢的活性,可以在NVP单体中引入多种功能基团,得到基于NVP的新型单体,它们与NVP的自由基聚合活性相近,因此在共聚合时可以通过控制单体摩尔投料比得到特定组成的共聚物。
本论文以合成基于PVP的功能高分子为目的,首先设计合成了一系列NVP类新型单体,通过这些单体的自由基(共)聚合,得到了一系列新型结构的均聚物、无规共聚物及嵌段共聚物;详细考察了这些聚合物在水溶液中的温度敏感性质及聚集行为;经化学修饰合成得到的一类阳离子聚合物可用作基因载体。本文结果为扩展PVP在生物及医药领域的应用奠定了良好的基础。
1.利用NVP羰基α-位氢的活性,将溴代物或碘代物与NVP反应合成了一系列含不同取代基的新型单体。利用普通自由基聚合合成了一系列新型单体的均聚物及无规共聚物,这些单体具有相近的聚合活性,通过调节单体摩尔投料比可以得到组成不同的共聚物。采用可逆加成断裂链转移(RAFT)聚合得到分子量可控,分散度较窄的聚合物。通过改变取代基的结构,在PVP链上引入了多种具有高反应活性的基团(醛基、环氧及炔基),可通过化学反应进一步修饰。
2.通过引入不同亲疏水性的取代基调节这些聚合物的水溶性,赋予它们温度敏感性质,其水溶液的浊点(clouding point,CP)可通过共聚合进行调控。不同取代基对相转变过程有不同的影响:带有疏水性较强取代基的聚合物发生液-固转变,相转变焓较高;而带有亲水基团的聚合物发生液-液转变,相转变焓较低。
3.利用RAFT聚合得到两类侧基含环氧基团的嵌段共聚物,共聚物中一段为温敏链段,另一段为亲水链段。这类聚合物在水中表现出可逆的温度诱导聚集行为,根据链段的长度及比例不同,升高温度时,可形成囊泡或胶束类分子聚集体。利用位于聚集体上的环氧基团与二胺化合物的反应提高了聚集体的稳定性,低温时仍能保持聚集体形态。改变共聚物的结构或降低共聚物水溶液浓度能有效抑制聚集体间的交联。
4.利用小分子胺与含有环氧基团聚合物的反应合成得到四类新型阳离子聚合物,考察了它们作为基因载体的应用。在较小的N/P比时,这些聚合物都可以与DNA进行有效复合,其中含N,N-二甲基乙基胺结构的聚合物表现出较高的基因转染效率,且细胞毒性较低。