西安交通大学张彦峰研究员开发一种基于动态脲键的pH响应自交联囊泡

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西安交通大学张彦峰研究员在《Macromolecular Rapid Communications》期刊上联合发表了题为“Catalyst-free One-Step Preparation of Self-crosslinked pH-Responsive vesicles”的研究论文（Macromol. Rapid Commun. 2019, 1900149）。西安交通大学理学院谭继东同学为本论文第一作者，西安交通大学张彦峰研究员和西安交通大学成一龙研究员为本文的共同通讯作者。

图1 a）聚合物囊泡自组装的过程，在自组装大位阻脲键水解形成膜交联结构。b）囊泡的pH响应性示意图。

囊泡是由亲疏水性密闭双分子层所形成的球形或者椭球形空腔结构，因其独特的空腔结构，可以充分利用亲水空腔来负载水溶性小分子(如药物与生物活性物质等)、蛋白质、DNA、RNA甚至于细胞器等，在药物输运、微反应器等领域有许多的潜在应用。此外，利用其疏水双层膜可以通过疏水-疏水相互作用而负载疏水的物质。因此制备各种功能聚合物囊泡也是高分子研究中的一个热点。但是聚合物囊泡在应用时面临着稳定性不足和通透性差的问题。为此，有人提出刺激响应性交联囊泡的策略，即通过化学键交联增加囊泡的稳定性，同时引入刺激响应性基团来改变囊泡膜的通透性。

图2 A）由PEG₄₄-b-TBEU₄₃嵌段聚合物囊泡的TEM图像。 B,C）PEG₄₄-b-P(TBEU₃₈-co-DEA₂₅)和PEG₄₄-b-P(TBEU₄-co-DEA₁₈)共聚物囊泡的TEM图像。D）DLS显示由PEG₄₄-b-TBEU₄₃聚合物囊泡被溶剂稀释后体积变化图。E）PEG₄₄-b-P(TBEU₃₈-co-DEA₂₅)和PEG₄₄-b-P(TBEU₄-co-DEA₁₈)共聚物囊泡的体积随溶液pH变化图。

在该研究中，首先验证了含有大位阻脲键单体（2-（3-（叔丁基）-3-乙基脲基）乙基甲基丙烯酸酯）具有很好的水解性能。然后将聚乙二醇-聚2-（3-（叔丁基）-3-乙基脲基）乙基甲基丙烯酸酯（PEG₄₄-b-PTBEU₄₃）组装成囊泡（如图2 A所示）。分别用水和四氢呋喃稀释囊泡溶液，发现囊泡只是体积增加，没有解离，证明了囊泡的交联结构（如图2 D所示）。在此基础上，引入了pH响应单体DEA，制备出两种共聚物PEG₄₄-b-P(TBEU₃₈-co-DEA₂₅)和PEG₄₄-b-P(TBEU₄-co-DEA₁₈)囊泡（图2B和图2C）。如图3 E所示，DLS展示了 pH变化对囊泡大小的影响。两种聚合物囊泡的尺寸随着pH的增加而降低。值得注意的是，聚合物中TBEU含量较低的时，即囊泡的交联密度比较小时，pH响应行为更加明显。最后通过荧光实验确定了交联囊泡也具备良好的通透性。

图3 A）PEG₄₄-b-P(TBEU₄-co-DEA₁₈)囊泡的通透性测试。 A）水溶性小分子底物（FDP）可以通过囊泡膜渗透到内部，被囊泡包裹的碱性磷酸酶（ALP）催化水解，得到高荧光产物的荧光素。 B）包裹ALP的囊泡与FDP作用的荧光光谱（黑线），囊泡与FDP作用（蓝线）和仅囊泡（红线）的荧光谱图。

该研究工作得到了国家自然科学基金（NOs. 51873170, 21604067, 51803165， 21805257），西安交通大学“青年拔尖计划”和西安市科技局重点实验室建设项目（201805056ZD7CG40）的资助。

论文信息及链接：

（Jidong Tan, Hengxin Lei, Der-Jang Liaw, Xingxing Chen, Li Ma, Chenhui Cui, Qianyun Zhong, Yilong Cheng,* and Yanfeng Zhang*. Catalyst-Free One-Step Preparation of Self-Crosslinked pHResponsive Vesicles. Macromol. Rapid Commun. 2019, 1900149）

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/marc.201900149

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