Macromolecules：人造“细胞”纳米囊泡及药物释放的应用研究

【引言】

聚合物泡囊，通常被称作囊泡。是由疏水表面和亲水的空腔组成的具有独特纳米结构的物质，这种材料是由两亲性的聚合物自组装而成。由于这种独特的结构，可以作为纳米载体和纳米反应器，来模拟自然界物质，如细胞、细胞器官等，并展现出巨大的应用前景。但是，目前，囊泡形的纳米载体和纳米反应器在应用过程存在一个局限：渗透性问题。即当载药的囊泡通过血液循环到达病变的地方时，无论被载药物是小分子还是生物大分子，都不能被允许从囊泡里扩散出来。这极大限制了囊泡作为纳米载体和纳米反应器在生物方面的应用。 如何构建智能的囊泡形的纳米载体和纳米反应器，并有效的解决渗透性问题，已经得到研究人员广泛的关注与研究。

【成果简介】

中国科学技术大学高分子工程系Liu Guhuan、胡进明、刘世勇（共同通讯作者）等人通过可逆加成-断裂转移(RAFT)聚合，制备了一种具有热响应和光敏性的囊泡。为解决上述难题提供了新的方案。研究人员利用两亲性嵌段聚合物制备囊泡。即：聚异丙基丙烯酰胺-聚(2-((((2-硝基苄基)-氧基)羰基)氨基)丙烯酸乙酯嵌段共聚物(PNIPAM-b-PNBOCA). 利用聚异丙基丙烯酰胺热敏性和聚(2-((((2-硝基苄基)-氧基)羰基)氨基)丙烯酸乙酯光敏性，在不同温度下或者紫外光照下，能够实现囊泡亲水与疏水转换，进行实现其形貌的变化，从而达到药物可控释放的目的。

图1：囊泡在光、热刺激下形貌变化示意图

此图主要用于解释囊泡不同形貌变化示意图，当温度低于聚异丙基丙烯酰胺低临界相转变温度(LSCT₀)时， 聚合物可以自组装成囊泡，而当温度介于LSCT₀ 和T_agg.0 (囊泡流体力学直径明显增加时的温度)时，会引起不可逆转的塌陷结构。进一步升高温度(> T_agg,0)，囊泡会变成不规则的塌陷结构的聚合体。在紫外光照射下，疏水的2-((((2-硝基苄基)-氧基)羰基)氨基)丙烯酸乙酯首先经历了可逆疏水-亲水转换，导致热敏性聚异丙基丙烯酰胺LCST 升高。并记作LCST_uv ，当温度介于(LCST_uv < T < T_agg,uv)之间时，热敏性聚异丙基丙烯酰胺会形成可逆的塌陷结构。当温度进一步升高（> T_agg,uv）, 聚异丙基丙烯酰胺会形成可逆交联聚合体。

图2：聚合物囊泡在不同条件下电镜图

a,e: 在25 ℃条件下聚合物囊泡TEM和SEM图。

b,f: 经过紫外处理后，在25℃条件下聚合物囊泡TEM和SEM图。

c,g: 经过紫外处理后，在40℃条件下聚合物囊泡TEM和SEM图。

d,h: 经过紫外处理后，在50℃ 条件下聚合物囊泡TEM和SEM图。

图3：聚合物囊泡在不同中条件的性能表征

a:紫外处理前后，不同温度下聚合物囊泡动力学直径分布。

b: 聚合物囊泡UV-vis 吸收光谱图。

c: 聚合物囊泡电势随着紫外引发时间变化图。

d: 聚合物囊泡动力学直径（Dh）和散射光强度随着紫外引发时间变化图。

图4：聚合物囊泡模拟药物释放示意图

a: 紫外和温度控制释放疏水的尼罗红(NR)和亲水的阿霉素(DOX)。这种药物分别贮存在泡层双膜和亲水空腔内。

b: 在紫外照射下，尼罗红(NR)负载的囊泡荧光强度与时间变化图。

c: 负载阿霉素(DOX)囊泡分别在25℃和40℃条件下，紫外和非紫外引发下药物释放性能曲线图。

【小结】

中国科学技术大学高刘世勇等人运用可逆加成-断裂转移(RAFT)法，制备了一种具有热响应和光敏性的嵌段聚合物囊泡。这种囊泡在紫外与温度相互作用下，能够实现可逆的形貌变化，进行对疏水和亲水的药物进行可控释放。这种智能化的囊泡在制备纳米载体、纳米反应器和药物释放等方面均有着良好的应用前景。

文献链接：Distinct Morphological Transitions of Photoreactive and Thermoresponsive Vesicles for Controlled Release and Nonreactors (Macromolecules, 2016, DOI: 10.1021/acs.macromol.6b01374)

【通讯作者简介】

刘世勇，中国科学技术大学高分子科学与工程系教授、博士生导师。2004年10月至今任高分子科学与工程系执行主任，合肥微尺度物质科学国家实验室(筹)研究员。现担任第九届安徽省青年联合会常委、第四届中国青年科技工作者协会会员、中国化学会第七届应用化学学科委员会委员、中国科学院长春应用化学研究所客座研究员、中国材料研究学会青年委员会第六届理事会理事。迄今已发表SCI收录论文123篇 (其中第一/通讯作者SCI论文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.等影响因子大于3.0的国际期刊上发表论文101篇，其中第一/通讯作者论文84篇；国际和国内学术会议邀请报告近20次；(参与)撰写中英文专著章节共5篇。研究工作已开始受到国内外同行专家的认可和关注，已发表的SCI论文共被他人引用2100余次，其中第一/通讯作者论文被他人引用1700余次。2003年入选中国科学院“引进海外杰出人才”（百人计划）并于次年获择优支持，2004年获得国家杰出青年科学基金，2005年度教育部“大分子胶体与溶液”创新团队学术带头人，2007年入选新世纪百千万人才工程国家级人选，2008年获国务院政府特殊津贴，2009年入选教育部“长江学者奖励计划”特聘教授，同年还获校友基金会青年科学家杰出成就奖、中国科学院优秀导师奖和中国化学会-英国皇家化学会青年化学奖；第十二届国家自然科学基金委工程与材料科学部有机高分子材料学科评审专家；目前担任美国化学会高分子专业杂志Macromolecules顾问编委(2008-), 《应用化学》杂志编委(2009-)和Polymers杂志(MDPI, Open Access)编委(2009-)。

胡进明， 2016.1受聘于中国科学技术大学高分子科学与工程系，任特任研究员。迄今已在SCI期刊发表论文60篇，以第一/通讯作者在Chem. Soc. Rev., Prog. Polym. Sci., Acc. Chem. Res., J. Am. Chem. Soc., Angew. Chem. Int. Ed., Macromolecules等发表论文26篇，其中影响因子大于4.0共24篇。所有论文共被他引1400余次 (根据ISI web of Knowledge)，H因子为26，7篇论文 (曾) 入选ESI高被引论文。

Liu Guhuan，由于小编无法查到该作者全名，对此表示深切歉意。

本文由材料人高分子组riitxiq供稿，材料牛编辑整理。

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