基于谷氨酸的快速聚合及应用

聚氨基酸具备优异的生物相容性和可降解性,但是聚合反应速度慢,反应条件苛刻,收率低,很难达到高的分子量,限制了其实际应用。因此本论文利用聚氨基酸的α-螺旋二级结构产生的自加速效应提高谷氨酸衍生物的聚合速率,使传统的氨基酸聚合的苛刻反应条件温和化,且产物分子量高低可控,收率高,因此,扩宽了聚谷氨酸衍生物的应用Infection rate范围。同时,研究了利用该聚合方法得到的聚合物的应用。首先,我们研究单分子的螺旋加速聚合。以γ-苄酯-?-谷氨酸N-羧酸酐(BLG-NCA)为单体,以单甲醚GNE-140价格聚乙二醇氨基为引发剂,获得聚乙二醇-聚(γ-苄酯-?-谷氨酸)(PEG-b-PBLG)种子。然后,在种子水溶液中加入BLG-NCA单体二氯甲烷溶液并形成油水界面,使PEG-b-PBLG种子在界面锚定,具有α-螺旋结构的PBLG在二氯甲烷相中与BLG-NCA产生的氢键作用募集更多的BLG-NCA实现快速的α-螺旋自加速聚合。结果表明,该方法可在3小时内得到高分子量的PEG-b-PBLG(最高可达224 Da),分子量分布较窄(PDI=~1.3),收率89%。我们研究了聚合过程动力学,和二级结构与螺旋自加速的关系,具有α-螺旋二级结构的聚氨基酸因为刚性结构而更容易通过氢键作用募集BLG-NCA,加快聚合速度形成螺旋自加速的效果,且聚合分子量与聚合时间线性相关符合一级动力学,明确了PEG-b-PBLG分子量在10~224 k Da范围内可控。PEG-PBLG脱保护后得到聚乙二醇-聚(?-谷氨酸)(PEG-b-PLG),能担载抗肿瘤药物。因此,我们将盐酸阿霉素(DOX)担载进PEG-b-PLG形成粒径约100nm左右的纳米粒子,并探索了其抗肿瘤活性。结果表明,PEG-b-PLG可作为一种性能优异的抗肿瘤药物载体材料。基于单分子的螺旋加速聚合的研究,我们以玻璃微球为锚定点,其表面原位生成种子,在单一溶剂体系中进行聚谷氨酸(PGAP)的α-螺旋自加速聚合。首先,在玻璃微球表面引入多个氨基,引发γ-炔丙基-?-谷氨酸N-羧酸酐(GAP-NCA)在微球表面初步聚合形成具有α-螺旋结构的种子生长点,不需要引入界面,在单一溶剂中可继续引发GAP-NCA在种子上的α-螺旋自加速聚合,形成长链聚合物PGAP。研究聚合过程动力学,并通过FTIR、~1H NMR、XPS、EDS和TGA表征确定可用该方法在玻GSK1120212生产商璃微球表面快速生长聚谷氨酸,最终接枝率可达到1%(w/w)以上。在此基础上,继续利用点击化学在PGAP上引入温敏单元,获得温敏玻璃微球,可用作重复使用的细胞培养温敏微载体,并研究了细胞在温敏微球上培养的可行性和重复使用能力。结果表明,带有温敏单元的PGAP赋予玻璃微球温敏循环使用能力,循环5次后,温敏性能几乎无损失,每100mg的玻璃微球仍可以粘附约30万个细胞。这种以界面为锚定点的螺旋加速聚合方法能够拓宽聚氨基酸的应用范围,不但对聚氨基酸的商品化具有重要意义,还能作为原位功能化微载体的新型方法。