Macromolecules：人造“細胞”納米囊泡及藥物釋放的應用研究

【引言】

聚合物泡囊，通常被稱作囊泡。是由疏水表面和親水的空腔組成的具有獨特納米結構的物質，這種材料是由兩親性的聚合物自組裝而成。由于這種獨特的結構，可以作為納米載體和納米反應器，來模擬自然界物質，如細胞、細胞器官等，并展現出巨大的應用前景。但是，目前，囊泡形的納米載體和納米反應器在應用過程存在一個局限：滲透性問題。即當載藥的囊泡通過血液循環到達病變的地方時，無論被載藥物是小分子還是生物大分子，都不能被允許從囊泡里擴散出來。這極大限制了囊泡作為納米載體和納米反應器在生物方面的應用。 如何構建智能的囊泡形的納米載體和納米反應器，并有效的解決滲透性問題，已經得到研究人員廣泛的關注與研究。

【成果簡介】

中國科學技術大學高分子工程系Liu Guhuan、胡進明、劉世勇（共同通訊作者）等人通過可逆加成-斷裂轉移(RAFT)聚合，制備了一種具有熱響應和光敏性的囊泡。為解決上述難題提供了新的方案。研究人員利用兩親性嵌段聚合物制備囊泡。即：聚異丙基丙烯酰胺-聚(2-((((2-硝基芐基)-氧基)羰基)氨基)丙烯酸乙酯嵌段共聚物(PNIPAM-b-PNBOCA). 利用聚異丙基丙烯酰胺熱敏性和聚(2-((((2-硝基芐基)-氧基)羰基)氨基)丙烯酸乙酯光敏性，在不同溫度下或者紫外光照下，能夠實現囊泡親水與疏水轉換，進行實現其形貌的變化，從而達到藥物可控釋放的目的。

圖1：囊泡在光、熱刺激下形貌變化示意圖

此圖主要用于解釋囊泡不同形貌變化示意圖，當溫度低于聚異丙基丙烯酰胺低臨界相轉變溫度(LSCT₀)時， 聚合物可以自組裝成囊泡，而當溫度介于LSCT₀ 和T_agg.0 (囊泡流體力學直徑明顯增加時的溫度)時，會引起不可逆轉的塌陷結構。進一步升高溫度(> T_agg,0)，囊泡會變成不規則的塌陷結構的聚合體。在紫外光照射下，疏水的2-((((2-硝基芐基)-氧基)羰基)氨基)丙烯酸乙酯首先經歷了可逆疏水-親水轉換，導致熱敏性聚異丙基丙烯酰胺LCST 升高。并記作LCST_uv ，當溫度介于(LCST_uv < T < T_agg,uv)之間時，熱敏性聚異丙基丙烯酰胺會形成可逆的塌陷結構。當溫度進一步升高（> T_agg,uv）, 聚異丙基丙烯酰胺會形成可逆交聯聚合體。

圖2：聚合物囊泡在不同條件下電鏡圖

a,e: 在25 ℃條件下聚合物囊泡TEM和SEM圖。

b,f: 經過紫外處理后，在25℃條件下聚合物囊泡TEM和SEM圖。

c,g: 經過紫外處理后，在40℃條件下聚合物囊泡TEM和SEM圖。

d,h: 經過紫外處理后，在50℃?條件下聚合物囊泡TEM和SEM圖。

圖3：聚合物囊泡在不同中條件的性能表征

a:紫外處理前后，不同溫度下聚合物囊泡動力學直徑分布。

b: 聚合物囊泡UV-vis 吸收光譜圖。

c: 聚合物囊泡電勢隨著紫外引發時間變化圖。

d: 聚合物囊泡動力學直徑（Dh）和散射光強度隨著紫外引發時間變化圖。

圖4：聚合物囊泡模擬藥物釋放示意圖

a: 紫外和溫度控制釋放疏水的尼羅紅(NR)和親水的阿霉素(DOX)。這種藥物分別貯存在泡層雙膜和親水空腔內。

b: 在紫外照射下，尼羅紅(NR)負載的囊泡熒光強度與時間變化圖。

c: 負載阿霉素(DOX)囊泡分別在25℃和40℃條件下，紫外和非紫外引發下藥物釋放性能曲線圖。

【小結】

中國科學技術大學高劉世勇等人運用可逆加成-斷裂轉移(RAFT)法，制備了一種具有熱響應和光敏性的嵌段聚合物囊泡。這種囊泡在紫外與溫度相互作用下，能夠實現可逆的形貌變化，進行對疏水和親水的藥物進行可控釋放。這種智能化的囊泡在制備納米載體、納米反應器和藥物釋放等方面均有著良好的應用前景。

文獻鏈接：Distinct Morphological Transitions of Photoreactive and Thermoresponsive Vesicles for Controlled Release and Nonreactors?(Macromolecules, 2016, DOI: 10.1021/acs.macromol.6b01374)

【通訊作者簡介】

劉世勇，中國科學技術大學高分子科學與工程系教授、博士生導師。2004年10月至今任高分子科學與工程系執行主任，合肥微尺度物質科學國家實驗室(籌)研究員。現擔任第九屆安徽省青年聯合會常委、第四屆中國青年科技工作者協會會員、中國化學會第七屆應用化學學科委員會委員、中國科學院長春應用化學研究所客座研究員、中國材料研究學會青年委員會第六屆理事會理事。迄今已發表SCI收錄論文123篇 (其中第一/通訊作者SCI論文95篇)；共在Phys. Rev. Lett., J. Am. Chem. Soc., Angew. Chem. Int. Ed., Ana. Chem., Soft Matter, Macromolecules, J. Phys. Chem. B, Langmuir, Biomacromolecules和Chem. Mater.等影響因子大于3.0的國際期刊上發表論文101篇，其中第一/通訊作者論文84篇；國際和國內學術會議邀請報告近20次；(參與)撰寫中英文專著章節共5篇。研究工作已開始受到國內外同行專家的認可和關注，已發表的SCI論文共被他人引用2100余次，其中第一/通訊作者論文被他人引用1700余次。2003年入選中國科學院“引進海外杰出人才”（百人計劃）并于次年獲擇優支持，2004年獲得國家杰出青年科學基金，2005年度教育部“大分子膠體與溶液”創新團隊學術帶頭人，2007年入選新世紀百千萬人才工程國家級人選，2008年獲國務院政府特殊津貼，2009年入選教育部“長江學者獎勵計劃”特聘教授，同年還獲校友基金會青年科學家杰出成就獎、中國科學院優秀導師獎和中國化學會-英國皇家化學會青年化學獎；第十二屆國家自然科學基金委工程與材料科學部有機高分子材料學科評審專家；目前擔任美國化學會高分子專業雜志Macromolecules顧問編委(2008-), 《應用化學》雜志編委(2009-)和Polymers雜志(MDPI, Open Access)編委(2009-)。

胡進明， 2016.1受聘于中國科學技術大學高分子科學與工程系，任特任研究員。迄今已在SCI期刊發表論文60篇，以第一/通訊作者在Chem. Soc. Rev., Prog. Polym. Sci., Acc. Chem. Res., J. Am. Chem. Soc., Angew. Chem. Int. Ed., Macromolecules等發表論文26篇，其中影響因子大于4.0共24篇。所有論文共被他引1400余次 (根據ISI web of Knowledge)，H因子為26，7篇論文 (曾) 入選ESI高被引論文。

Liu Guhuan，由于小編無法查到該作者全名，對此表示深切歉意。

本文由材料人高分子組riitxiq供稿，材料牛編輯整理。

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