高效响应的聚合物囊泡组装体研究新进展

 

中科院软物质化学重点实验室和中国科技大学高分子科学与工程系刘世勇教授课题组近期在对外界灵敏刺激高效响应的聚合物囊泡方面取得了新进展。他们开发了触发式自降解两亲性嵌段共聚物的简便合成方法,该聚合物具有外界刺激触发端基解离从而引发整个聚合物从头到尾顺序解聚的特征,并且首次利用该两亲性嵌段共聚物构筑多重响应与灵敏响应的聚合物囊泡组装体。该成果近期以题为“Self-Immolative Polymersomes for High-Efficiency Triggered Release and Programmed Enzymatic Reactions”的全文形式发表在J. Am. Chem. Soc. 2014, 136, 7492-7497。

聚合物囊泡由于疏水双层膜中高分子链之间的高度缠结而具有较好的稳定性,但同时也极大的降低了物质渗透通过双层膜的能力。为了解决该难题,刺激响应性嵌段共聚物被用来构筑响应性聚合物囊泡,通过成核嵌段的溶解性改变来调节双层膜的渗透性。然而,聚合物的溶解性改变需要聚合物链上大多数重复单元物化性质的改变,从而需要输入较多的外界刺激(包括刺激浓度与能量),如同发生在滴定试验中的现象一样。触发式自降解(self-immolative)树枝状聚合物和线性均聚物能够在外界刺激触发端基解离后引发整个聚合物从头到尾顺序解聚并且释放出构筑基元。从而赋予触发式自降解聚合物非线性放大的特征。刘世勇教授指导的博士生刘固寰设计了含有触发式自降解嵌段的两亲性嵌段共聚物的模型制备方法,并且率先将其用于在水溶液中自组装,得到了结构规整的触发式自降解聚合物囊泡(self-immolative polymersome, SIPsome)。通过模型的设计末端的保护基元,可见光、紫外光或者还原环境都可以使囊泡解离并且生成水溶性的小分子和亲水嵌段。进一步的,使用这一体系,初步实现了疏水亲水药物(包括化疗药物与光疗药物)的同步高效释放,并且考察了质子、氧气以及酶底物渗透通过囊泡双层膜的能力以及响应性的调控。此外,他们还展示了通过囊泡包载与选择性刺激囊泡解离实现的程序化(包括或、和以及与非等逻辑)酶促反应。相关内容已申请国家发明专利。