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文米奇

编辑米奇

前言：

近年来纳米与微结构材料实验室一直在探索不同拓扑结构的大分子，并深入研究了环状单体聚合的基本原理。

通过对缩水甘油阳离子聚合的深入研究，以及对超支化聚合物链结构的详细分析，我们能够识别活性链端（ACE）和活化单体（AM）机制在这一过程中的贡献，并在一定程度上控制所得大分子的支化程度。

这项工作是与波兰科学院分子和大分子研究中心（CMMS PAS）的合作中开始的，之前一部分研究人员已经发现并详细解释了活化单体机制。

我们这次的研究工作，就是逐渐扩展的聚合物层和薄膜的形式，特别是热响应聚合物，是否具有防污和抗菌特性的表面。

聚合物纳米和微观结构

聚合物纳米结构可以定义为直径范围在1到1000nm之间的系统，可以表现出极大的形态多样性，形成球体、囊泡、圆柱体、圆盘、空心球体、管状或纳米层。

它们的特性，如稳定性、尺寸、形状、表面电荷、表面化学、机械强度、孔隙率和功能，可以定制以满足目标应用。

热响应聚合物，因为它们可以自聚集，在我们的实验室中用于制造聚合物纳米结构。

在稀水溶液中，高于一定温度称为浊点温度（T正中电）或相分离温度，聚合物经常形成中球 - 胶体稳定，大小相等（直径范围从几十到数百纳米）由塌陷的脱水聚合物链形成的球形聚集体。

介球的大小由聚合物浓度，摩尔质量，（共）聚合物的组成，溶液的加热程序或添加剂的存在决定。

中球形成的过程是可逆的，降低温度后，颗粒会聚聚。这种行为限制了它们的潜在应用。因此，我们通过用交联壳覆盖它们或通过交联折叠的聚合物链来稳定中间球。

在我们的实验室中，几种热响应聚合物，例如聚乙二醇甲基丙烯酸酯（POEGMAs），聚乙二醇丙烯酸酯（PETEGAs）的共聚物。

低聚（乙二醇）甲基丙烯酸酯与2-氨基乙基甲基丙烯酸酯盐酸盐（P（D-co-A_A））的共聚物，与丙-2-炔-1-基氨基甲酸酯甲基丙烯酸酯（P（D-co-A_Pr）和2-叠氮乙基甲基丙烯酸酯（P（D-co-A_Az））的共聚物。

聚（N-异丙基丙烯酰胺）（PNIPAM）， 聚（2-异丙基-2-恶唑啉）（PIPOx）和疏水改性的聚缩水甘油（聚（缩水甘油-共乙基氨基甲酸缩水甘油酯），mPGL）用于中球形成过程。

结果总结在表1中。我们还研究了与五肽甘氨酸-精氨酸-赖氨酸-苯丙氨酸-甘氨酸-丹磺酰（GRKFG-Dns）或甲-脑啡肽偶联的热响应聚合物的聚集行为。

详细分析了摩尔质量、共聚物组成、初始聚合物浓度和中球形成方案（逐渐、突然加热和滴加，也称为纳米沉淀）对介球性质的影响。

研究数据表明，无论聚合物类型如何，缓慢、渐进的加热方法都会产生甚至高于1μm的大中间球。

这是由于聚合物链在崩溃之前相互结合的结果。突然加热导致形成定义明确的中球，具有相当小的尺寸和狭窄的尺寸分布，因为快速加热导致更明显的链内收缩和更少的链间关联。

聚合物在远高于其浊点温度的温度下加热导致中球尺寸减小，其尺寸分布变得更加明确。使用所谓的纳米沉淀方案获得PIPOx和mPGL介球。

它由滴加一定浓度和温度低于T的水性聚合物溶液组成正中电将一定体积的水预热到高于聚合物T正中电.这样的程序导致了明确的颗粒并进一步减小了它们的尺寸，但重要的是尺寸重现性得到了显著提高。

无论热响应聚合物的类型如何，中间球尺寸都随着（共）聚合物浓度的降低和摩尔质量的减小而减小。

在共聚物的情况下，通过改变链中的亲水平衡到疏水平衡，也可以改变聚集的有效性。

对于我们的POEGMA共聚物，介球的尺寸随着亲水OEG链长度的增加及其在共聚物中的含量的增加而减小。

结果表明，亲水性OEG侧链位于中球体的外围，与周围水直接接触，从而控制了中球的大小及其稳定性。聚集成松散中球的POEGMA含有大量的水。

对于共聚物系列P（D-co-A_A）、P（D-co-A_Pr）和P（D-co-A_Az）（共聚物中胺、炔丙基和叠氮化物基团的含量分别为相同），介球尺寸随着共聚单体对水亲和力的增加而减小。

与胺和叠氮化物基团（相对亲水基团）的共聚物形成明确的介球，其尺寸随着它们在共聚物链中的数量的增加而减小。

这可能是由于这些亲水基团集中在坍塌颗粒表面，从而减少了聚集体的接触，从而减小了它们的尺寸。

由具有疏水性炔丙基的共聚物制成的颗粒尺寸明显大于在相同条件下获得的胺或叠氮化物对应物的颗粒尺寸。

疏水性氨基甲酸乙酯基团含量不同的mPGL行为略有不同。由亲水性更强的聚合物形成的聚集体，含有更多的亲水性-OH基团，结构松散，被水分子溶胀，因此比疏水性更强的聚合物形成的聚集体尺寸更大。

在我们的实验室中，还研究了从混合热响应共聚物中获得的介球。在PNIPAM/PIPOx混合物逐渐加热过程中，区分了3个转变：两个低温转变与T正中电而高温转变与聚合物混合物有关，并且依赖于成分。

当混合物中PIPOx含量较大时，观察到PIPOx结晶，这导致中球尺寸随时间不断增加。

所获得的颗粒的形貌依赖于组成，对于富含PIPOx的体系，可以看到与中间球互连的晶体纳米纤维。

P（D-co-A_Pr）/P（D-co-A_Az）或PNIPAM/POEGMA混合物中单个组分的透射率曲线中出现了单独的跃迁。

通过改变混合溶液中聚合物的总浓度和比例来控制介球的大小。在逐渐加热的热响应聚合物混合物中，获得的颗粒具有核壳结构。

核心由低转变温度聚合物形成，壳由较高T的聚合物形成正中电。虽然形成的中间球的粒径分布相对较窄，但它们的特点是尺寸大（直径从300nm到1μm）。

相反，突然加热导致形成直径（<200nm）更小的更清晰的中球。当溶液突然加热到远高于 T 的温度时正中电在单个共聚物中，介球一步形成。

观察到中小球的大小可以通过聚合物溶液中存在的盐或表面活性剂来改变。

阴离子表面活性剂SDS的存在导致PNIPAM中球尺寸减小50%，POEGMA纳米颗粒减小80%，PNIPAM/POEGMA混合物减小20%]。

添加剂的影响还取决于聚合物的摩尔质量。由摩尔质量较高的PIPOx形成的中球的大小因SDS的存在而显着减小。

将SDS添加到PETEGA溶液中后，对于摩尔质量较高的聚合物，在相应的温度下形成较小的聚集体，并且温度的升高导致尺寸进一步减小。

不过当SDS含量增加时，聚集体变小，但观察到双峰分布。但通过应用适当的溶液组成和S / P比（表面活性剂与聚合物的比例），可以控制纳米颗粒的尺寸和尺寸分布。

缩水甘油酯和缩水甘油酯的共聚物具有不同含量的疏水性氨基甲酸乙酯基团，其依赖性不同。

在疏水性较少的氨基甲酸乙酯基团的共聚物溶液中加入SDS或阳离子CTAB表面活性剂导致中球尺寸显着增加。

原因可能是由这种共聚物形成的聚集体的松散内部很容易被表面活性剂分子接近，导致表面活性剂头基的排斥相互作用导致介球膨胀。

CTAB的这种现象要强得多。在具有更多疏水性氨基甲酸乙酯基团的共聚物的情况下，仅在低共聚物浓度下，用SDS形成的中球大于由纯共聚物溶液形成的中球，随着共聚物浓度的增加，中球尺寸急剧减小。

在我们的实验室中，介球也由热响应聚合物与肽和药物的偶联物制备。肽或药物与合成聚合物的偶联是聚合物化学的一个重要趋势，因为它开辟了通往纳米载体和控制药物向靶位点递送的途径。

为此，制备了五肽（met-脑啡肽或GRKFG-Dns）大引发剂，然后通过ATRP技术用于寡聚（乙二醇）甲基丙烯酸酯或N-异丙基丙烯酰胺的（共）聚合。

通过选择生物共轭溶液的加热速率和浓度以及SDS的存在来控制中球的大小，由PNIPAM或POEGMA与GRKFG-Dns偶联的聚集体由部分脱水，塌陷的热响应聚合物链形成的核心组成，周围环绕着由附着的肽链形成的薄电晕。

这种结构使得介球中的肽片段很容易被酶释放。为了制备药物纳米载体，通过氨基甲酸酯键与低聚（乙二醇）甲基丙烯酸酯（co）聚合物链共价结合。

接下来，在T上方对聚合物（含有叠氮基团）-DOX偶联物及其聚合物伙伴（含炔丙基）进行热共聚集正中电两个伙伴，导致混合中球。使用点击反应来交联链。

通过这种方式，获得了稳定的球形纳米载体。纳米载体的崩解和DOX的分离是由于氨基甲酸酯键的水解而发生的。酶的添加加速了这一过程。

为此使用从mPGL，PETEGA或混合PIPOx/PNIPAM获得的介球用于NIPAM或甲基丙烯酸羟乙酯（HEMA）的成核聚合，N，N-亚甲基双丙烯酰胺作为交联剂。

纳米颗粒比所使用的中间球大，表明获得了核壳结构，壳厚度约为20-30纳米。

冷却至低于 T 的温度时正中电在用于形成稳定中间球的组分中，产生的纳米颗粒显着膨胀。有趣的是，纳米颗粒通过改变其尺寸来重复、可重复和快速地响应温度。

对于分别由PNIPAM或PIPOx核心和PHEMA或PNIPAM壳组成的纳米颗粒，通过将具有交联壳的纳米颗粒对冷却至远低于T正中电的核心组件。

有可能从纳米颗粒内部去除超过42%的PNIPAM和超过80%的PIPOx。通过使用低摩尔质量的聚合物和降低壳的交联密度，促进了核心去除过程。

我们提出了一种使用介球的聚合物纳米载体的有趣且新颖的方法。

POEGMA生物偶联物与甲脑啡肽的中球被PNIPAM两层壳覆盖，然后用带有荧光标记的靶向部分RGD进行功能化。

交联壳中可降解的二硫键的存在允许纳米颗粒与谷胱甘肽分解并释放生物偶联物。这种基于中小球形成精确工程的纳米颗粒保护其货物的策略构成了靶向治疗的新途径。

总结

这些研究表明，如何通过合成具有确定结构的聚合物来理解环氧乙烷、环亚胺和甲基丙烯酸酯聚合的机理，从而获得纳米和微观结构材料的特性。

对于涂有用于细胞培养的热响应聚合物的基材，这项工作已经达到了很高的水平，并且已经准备了细胞培养技术，用于转移细胞片的设计工具以及最终产品所需的必要批准和证书的初步文件。

我们接下来会继续在聚合物的受控合成研究中，将其扩展到新的线性和支链大分子。他们的透视应用，主要是在生物医学领域，现在是我们研究的重要组成部分。