不对称树状聚两性电解质的合成及pH响应性自组装行为

徐晓婵, 陈 涛, 房文祥, 董玉茹, 牛 磊, 蔡春华

(华东理工大学材料科学与工程学院,上海市先进聚合物材料重点实验室,超细材料制备与应用教育部重点实验室,上海 200237)



不对称树状聚两性电解质的合成及pH响应性自组装行为

徐晓婵, 陈 涛, 房文祥, 董玉茹, 牛 磊, 蔡春华

(华东理工大学材料科学与工程学院,上海市先进聚合物材料重点实验室,超细材料制备与应用教育部重点实验室,上海 200237)

通过发散法、开环聚合以及“点击化学”等方法合成了树状聚两性电解质聚(L-赖氨酸)-聚酰胺-胺-聚(L-谷氨酸)[(PLL)4-D2-b-D1-(PLGA)2],其中,D1和D2分别代表第1代和第2代聚酰胺-胺。通过氢核磁共振波谱(1H-NMR)、傅里叶变换红外光谱(FT-IR)和凝胶渗透色谱(GPC)对产物的分子结构、相对分子质量及其分布进行了表征;结合电位电导滴定、1H-NMR、Zeta电位测定、扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)和动态光散射(DLS)等表征方法研究了(PLL)4-D2-b-D1-(PLGA)2溶液的pH响应性自组装行为。研究结果表明,(PLL)4-D2-b-D1-(PLGA)2具有pH响应性多重胶束化行为,在酸性条件下形成PLL为壳、PLGA为核的聚集体,而在碱性条件下形成PLGA为壳、PLL为核的聚集体,同时伴随着PLGA和PLL链段从无规线团到α-螺旋构象的转变。随着溶液pH的增加,自组装聚集体由球形胶束向棒状胶束再向纺锤形胶束转变,并在高pH下二次自组装形成松叶状分形结构。

聚两性电解质; 聚(L-赖氨酸); 聚(L-谷氨酸); pH 响应性; 自组装

聚两性电解质或两性聚电解质通常是指聚合物链上既含有阳离子基团又含有阴离子基团的一类特殊聚电解质。由于其结构上的特殊性,聚两性电解质具有等电点并在等电点附近表现出反聚电解质效应[1-2],使得其性质比普通聚电解质更接近蛋白质、核酸等天然生物高分子。带有聚弱酸或聚弱碱基团的聚两性电解质,其基团的离解依赖于溶液pH的变化,表现出有趣的多重胶束化过程(Schizophrenic Micellization)[3-6]。这类具有pH响应性的自组装体系在生物医药诊断及基因与蛋白质传输方面具有潜在的应用价值[7]。由于合成技术的限制,目前有关聚两性电解质的研究主要集中于无规、交替及嵌段型等线型聚合物,而很少涉及具有支化拓扑结构的非线型聚合物[8]。对于线型聚两性电解质,其自组装过程主要是疏水作用及静电相互作用推动[9]。对于非线型聚两性电解质而言,支化的拓扑结构带来的链段间的空间及静电相互作用对其自组装行为有着重要影响,并形成形貌更加丰富的自组装聚集体[10]。

本文联用开环聚合及“点击化学”的方法,以第1代聚酰胺-胺(D1)和第2代聚酰胺-胺(D2)为内核,合成了含有聚(L-赖氨酸)(PLL)阳离子和聚(L-谷氨酸)(PLGA)阴离子的A4B2型不对称树状聚两性电解质(PLL)4-D2-b-D1-(PLGA)2,研究了其pH响应性自组装行为,以探讨非线型拓扑结构对聚两性电解质溶液性质及自组装行为的影响。

1 实验部分

1.1 原料

丙烯酸甲酯(MA)、炔丙胺、乙二胺(EDA)、无水甲醇、N,N-二甲基甲酰胺(DMF)、石油醚、乙酸乙酯、氢化钙、甲苯、无水氯化钙、浓硫酸、碳酸氢钠、无水硫酸铜、抗坏血酸钠,L-谷氨酸,国药集团化学试剂有限公司;L-谷氨酸、L-赖氨酸酯,吉尔生化有限公司;叠氮化钠、溴化亚铜,上海凌峰化学试剂有限公司;三光气(w=0.99),美国Acros Organics公司;氢溴酸冰醋酸混合液、氢氧化钠、浓盐酸、上海达瑞精细化学品有限公司;三氟乙酸(TFA),Sigma公司。所有药品均为分析纯。

1.2 含炔基及叠氮基树枝状聚酰胺-胺(PAMAM)的合成

图1所示为树状聚两性电解质(PLL)4-D2-b-D1-(PLGA)2的合成路线示意图。如图1(a)所示,参考文献[11]的合成方法,分别以炔丙胺和叠氮丙胺为核基元,采用发散法制得不同代数的树枝状PAMAM。例如,在冰浴条件下,将炔丙胺或叠氮丙胺甲醇溶液缓慢滴加到过量的丙烯酸甲酯(MA)甲醇溶液中,继续搅拌1 h后室温反应24 h,经减压除去未反应的丙烯酸甲酯和甲醇,得到橙黄色油状液体D0.5,产率98%。接着在冰浴条件下将D0.5的甲醇溶液滴加到过量的乙二胺甲醇溶液中,搅拌1 h后室温反应48 h,减压除去过量的乙二胺和甲醇溶剂,得到黄色黏稠油状液体D1,反应产率为95%。继续重复上述Michael加成和酰胺化反应,得到D2,产率为94%。N3-D1的1H-NMR(CDCl3):化学位移1.47～1.59 (CH2NH2,4H),1.51～1.59 (N3CH2CH2CH2,2H),2.42～2.58 (NCH2CH2CO,4H),2.71～2.87 (CONHCH2CH2NH2+NCH2CH2CO +N3CH2CH2CH2,10H),3.03～3.21 (N3CH2CH2CH2,2H),3.32～3.49 (CONHCH2CH2NH2,4H),8.03～8.11 (CONH,2H)。炔基内核C2-D2的1H-NMR(CDCl3):化学位移1.50 (CH2NH2,8H),2.22 (HC≡CCH2,1H),2.33 (NCH2CH2CO,12H),2.51 (NHCH2CH2N,4H),2.72 (NHCH2CH2NH2,8H),2.81 (NCH2CH2CO,12H),3.26 (NHCH2CH2N+NHCH2CH2NH2,12H),3.42 (HC≡CCH2,2H),7.63～7.87 (CONH,6H)。

1.3 不对称树状聚两性电解质(PLL)4-D2-b-D1-(PLGA)2的合成

如图1(b)合成路线图所示,参照文献[12]的合成方法,结合开环聚合、“点击反应”与脱保护基团反应,得到树状聚两性电解质(PLL)4-D2-b-D1-(PLGA)2。具体合成步骤如下:首先以C2-D2为引发剂,室温下在无水DMF中引发ε-苄氧羰基-L-赖氨酸酯羧酸酐(ZLL-NCA)开环聚合72 h后,用无水乙醇沉淀,抽滤、真空干燥后得到炔基为末端基的四臂聚(ε-苄氧羰基-L-赖氨酸酯)-聚酰胺-胺[(PZLL)4-D2],该反应产率为84%。再将其和N3-D1溶于DMF,以无水硫酸铜/抗坏血酸钠作为“点击反应”的催化体系,60 ℃下搅拌24 h,经透析、冻干后得到产物聚(ε-苄氧羰基-L-赖氨酸酯)-聚酰胺-胺-聚酰胺-胺[(PZLL)4-D2-b-D1],产率为90%。接着以此作为大分子引发剂,室温下引发γ-苄基-L-谷氨酸酯羧酸酐(BLG-NCA)开环聚合72 h,在乙醚中沉淀,抽滤、真空干燥后得到树状聚合物聚(ε-苄氧羰基-L-赖氨酸酯)-聚酰胺-胺-聚酰胺-胺-聚(γ-苄基-L-谷氨酸酯)[(PZLL)4-D2-b-D1-(PBLG)2],该聚合反应产率为82%。最后将此树状聚合物溶于TFA,室温下用HBr(w=33%)的冰醋酸溶液酸解8 h,经透析冻干后得到粉末状聚两性电解质(PLL)4-D2-b-D1-(PLGA)2,产率为95%。

图1 树状聚两性电解质(PLL)4-D2-b-D1-(PLGA)2的合成路线示意图Fig.1 Schematic representation for synthesis route of dendron-like polyampholyte,(PLL)4-D2-b-D1-(PLGA)2

1.4 不同pH样品溶液的制备

用去离子水稀释浓盐酸和氢氧化钠,配成不同pH的标准溶液,将聚两性电解质(PLL)4-D2-b-D1-(PLGA)2溶于上述溶液中,配制质量浓度为0.2 g/L的样品溶液,室温下搅拌3 d,测定样品溶液的最终pH,得到一系列不同pH的样品溶液。

1.5 表征方法

采用傅里叶变换红外光谱(FT-IR,Nicolet 6700,美国热电公司)及氢核磁共振波谱(1H-NMR,AVANCE 500,德国BRUKER)表征产物的化学结构。通过凝胶渗透色谱(GPC,Waters 1515,Wyatt Technology Corp,PS为标样,DMF为流动相,流速1.0 mL/min,25 ℃)测定相对分子质量及其分布。配制0.2 g/L,pH=12的聚电解质溶液,用0.1 mol/L的稀盐酸溶液在25 ℃下进行滴定,通过pH计(Model 868,美国热电公司)和电导仪(DDSJ-308A,上海雷磁仪器厂)分别测定溶液pH和电导率的变化,表征聚两性电解质的等电点。利用1H-NMR和Zeta电位分析仪(Zetasizer 3000HS,Malven Zetasizer,25 ℃)表征聚集体结构的变化。将配制好的聚两性电解质溶液滴到覆有碳膜的铜网上,室温干燥后通过扫描电镜(SEM,S4800,HITACH)和透射电镜(TEM,JEOL/JEM-2000EXII) 表征聚电解质聚集体的形貌及尺寸。利用动态光散射(DLS,ALV/CGS-5022F,德国ALV公司)来测定溶液中聚集体的尺寸分布。

2 结果与讨论

2.1 树状聚两性电解质(PLL)4-D2-b-D1-(PLGA)2的结构

结合1H-NMR、FT-IR和GPC对中间产物及最终产物的结构、相对分子质量及分布进行了表征。图2中a曲线所示为四臂树状共聚物(PZLL)4-D2在CDCl3中的1H-NMR谱图。其中,化学位移δ为8.3,7.3,5.0,3.9,3.1,1.2～1.8处的吸收峰依次为PZLL分子中α-螺旋构象的NH基团(c)、侧链苯环(j)、侧链苄基(i)、主链α位亚甲基(d)、侧链ε位亚甲基(h)以及侧链β,γ,δ位的亚甲基(e,f,g)质子吸收峰。以上吸收峰的出现表明成功进行了ZLL-NCA的开环聚合反应,合成了(PZLL)4-D2。图2中b曲线所示为树状聚合物 (PZLL)4-D2-b-D1-(PBLG)2的1H-NMR谱图。

图2 (PZLL)4-D2和(PZLL)4-D2-b-D1-(PBLG)2在CDCl3中的1H-NMR谱图Fig.2 1H-NMR spectra of (PZLL)4-D2 and (PZLL)4-D2-b-D1-(PBLG)2 in CDCl3

比较图2中a曲线和b曲线可知,除原有的PZLL的特征吸收峰外,b曲线中化学位移8.3处α-螺旋构象的NH基团吸收峰、5.1处苄基吸收峰和3.9处主链α位亚甲基吸收峰均增强,3.1处PZLL特征峰强减弱,并在1.8～2.8处出现了PBLG的亚甲基(e',f')特征吸收峰,表明成功合成了(PZLL)4-D2-b-D1-(PBLG)2不对称树状嵌段共聚物。

图3所示为聚合物(PZLL)4-D2和(PZLL)4-D2-b-D1-(PBLG)2在DMF中的GPC曲线。由图3中b曲线可知开环聚合过程控制得比较好。由于D1及D2末端的氨基处于相同的化学环境,具有相同的引发效率,因此根据PZLL及PBLG结构单元相对分子质量计算得到每个PZLL链段聚合度为9,每个PBLG链段聚合度为30,因此将所合成的嵌段共聚物标记为(PZLL9)4-D2-b-D1-(PBLG30)2。

图3 (PZLL9)4-D2和(PZLL9)4 D2-b-D1-(PBLG30)2的GPC流动曲线Fig.3 GPC elution traces of (PZLL9)4-D2, (PZLL9)4-D2-b-D1-(PBLG30)2

图4为聚合物(PZLL9)4-D2,(PZLL9)4-D2-b-D1-(PBLG30)2和(PLL9)4-D2-b-D1-(PLGA30)2的FT-IR谱图。图4中a曲线为(PZLL9)4-D2的FT-IR谱图。其中,1 652 cm-1和1 547 cm-1处为PZLL链段采取α-螺旋构象时酰胺I和酰胺II的特征吸收峰,1 735 cm-1处的吸收峰归属于PZLL链段中的酯基,746 cm-1和696 cm-1处吸收峰是聚合物中苯环的特征峰。图4中b曲线为树状聚合物(PZLL9)4-D2-b-D1-(PBLG30)2的FT-IR谱图。比较曲线a与曲线b可知,“点击反应”进行后,2 100 cm-1左右处炔基特征峰基本消失。考虑到红外光谱中的高灵敏性,可以认为“点击反应”进行得比较彻底。图4中c曲线为聚合物(PZLL9)4-D2-b-D1-(PBLG30)2脱保护基团后得到的聚两性电解质(PLL9)4-D2-b-D1-(PLGA30)2的FT-IR谱图,其中746 cm-1,696 cm-1处苯环及1 734 cm-1处酯基吸收峰的消失,表明成功脱除了苄基及苄氧羰基保护基团,得到了聚两性电解质(PLL9)4-D2-b-D1-(PLGA30)2。

图5所示为(PLL9)4-D2-b-D1-(PLGA30)2在酸性(pH=2，曲线a)和碱性(pH=12，曲线b)条件下的1H-NMR谱图。与图2中b曲线(PZLL9)4-D2-b-D1-(PBLG30)2的1H-NMR谱图比较可以看出,化学位移5.0处的苄基特征峰和7.3处的苯环特征峰在图5中明显消失,表明成功脱除了PBLG的苄基及PZLL的苄氧羰基保护基团,得到了含PLGA链段和PLL链段的聚电解质,与红外分析结果相一致。

图4 聚合物(PZLL9)4-D2,(PZLL9)4-D2-b-D1-(PBLG30)2和(PLL9)4-D2-b-D1-(PLGA30)2的FT-IR谱图Fig.4 FT-IR spectra of (PZLL9)4-D2,(PZLL9)4-D2-b-D1- (PBLG30)2 and (PLL9)4-D2-b-D1-(PLGA30)2

2.2 (PLL9)4-D2-b-D1-(PLGA30)2的等电点

聚两性电解质的等电点可通过滴定获得。图6所示为(PLL9)4-D2-b-D1-(PLGA30)2水溶液的电位和电导滴定曲线。滴定过程中HCl的缓慢滴加使得溶液中(PLL9)4-D2-b-D1-(PLGA30)2分子链上阴阳离子离解基团的数目及分布不断发生变化,并导致聚合物分子内盐键的形成,溶液电导率随之发生变化。图6中虚线将滴定曲线分成4个区域、3个转变点。第1个区域对应滴加HCl中和过量NaOH的过程;第1个转折点为PLGA链段上-COO-质子化的开始;第2个区域对应-COO-的质子化过程;第2个转折点为-COO-质子化的结束以及PLL链段上—NH2质子化的开始;第3个区域对应—NH2的质子化过程;第3个转折点为—NH2质子化的结束;第4个区域对应滴加过量HCl的过程。根据Homola和James提出的推算方

图5 (PLL9)4-D2-b-D1-(PLGA30)2在pH=2,pH=12 D2O中的1H-NMR谱图Fig.5 1H-NMR spectra of (PLL9)4-D2-b-D1-(PLGA30)2 in D2O at pH=2 and pH=12

图6 (PLL9)4-D2-b-D1-(PLGA30)2水溶液的电位 和电导滴定曲线(0.2 g/L,25 ℃)Fig.6 Potentiometric and conductometric titration of (PLL9)4-D2-b-D1-(PLGA30)2 aqueous solution (0.2 g/L) at 25 °C

法[13],可以推算出该体系中PLGA和PLL结构单元的相对物质的量之比(nG∶nL)为60∶40,其中nG和nL分别为质子化PLGA羧基和PLL氨基所需HCl的摩尔数,这一结果与根据GPC推算出的PLGA和PLL链段相对物质的量之比(60∶36)很接近。

聚两性电解质的等电点(IEP)可以由估算公式计算得到[14],如式(1)所示,其中R为本体系中酸碱基团的物质的量之比,PLGA和PLL链段的电离常数pKa,PLGA=4.4,pKa,PLL=9.3。因此,根据GPC和滴定得到的r值分别计算出(PLL9)4-D2-b-D1-(PLGA30)2的等电点约为4.6和4.7,结果近似。

(1)

Zeta电位也可用来推测聚电解质的等电点并测定聚集体表面荷电状态。图7所示为(PLL9)4-D2-b-D1-(PLGA30)2溶液随pH变化的Zeta电位图。

图7 (PLL9)4-D2-b-D1-(PLGA30)2水溶液 的Zeta电位图(0.2 g/L,25 ℃)Fig.7 Zeta potential of (PLL9)4-D2-b-D1-(PLGA30)2in aqueous solution (0.2 g/L) at 25 °C

从图7可以看出,当pH<4时,Zeta电位为正值,表明此时溶液中聚集体表面带有正电荷;当pH>5时,Zeta电位为负值,表明此时溶液中聚集体表面带有负电荷;当pH为4～5时,Zeta电位接近为零,表明此时聚集体表面正负电荷近乎中和,呈电中性。根据图7可以推算出(PLL9)4-D2-b-D1-(PLGA30)2的等电点约为4.5,近似于上述计算得到的等电点值。这些结果表明由1H-NMR和GPC数据分析得到的聚两性电解质结构组成是正确的。

2.3 (PLL9)4-D2-b-D1-(PLGA30)2的pH响应性自组装行为

PLGA和PLL链段中羧基和氨基的离子化程度受溶液pH的影响,PLGA和PLL链段因溶剂化作用分别由亲水性链段转变成疏水链段,并导致其链段构象发生变化,最终影响聚集体的自组装结构。这些变化可以从图5中1H-NMR谱图反映出来。当pH=2时(图5中a曲线),化学位移2.9处PLL链段的ε位亚甲基峰特征峰明显,而α位CH基团化学位移为4.2,说明PLL采取无规线团构象[4,12,15]。此时PLL链段由于—NH2完全质子化而溶解在水中,且因为静电斥力的作用而处于伸展状态。同时PLGA特征峰强度减弱,α位亚甲撑基团化学位移为4.0,说明低pH下PLGA上的—COOH未解离,导致溶解性不好,采取α-螺旋构象[4,12,15]。因此在酸性条件下,由于PLGA链段的疏水作用,体系中形成以疏水的PLGA为核、亲水的PLL为壳的聚集体。与此相反,当pH=12时(图5中b曲线),PLL的特征峰峰强大幅减弱。而PLGA的特征峰信号比较明显,两者α位亚甲撑基团化学位移位置互换,表明在碱性条件下PLL链段不溶于水中,而PLGA链段溶于水中,离解的COO-间的静电斥力使PLGA链段处于伸展状态,采取无规线团构象。因此碱性条件下形成了以PLL为疏水核、PLGA为亲水外壳的聚集体。

图7中聚集体表面Zeta电位值的变化,也验证了上述聚集体随溶液酸碱的变化而发生的结构反转。聚两性电解质溶液在pH=2时的Zeta电位值大于+30 mV,表明此时溶液中聚集体表面为带有正电荷的PLL链段,即形成了以PLL为壳、PLGA为核的聚集体。而聚两性电解质溶液在pH=12时的Zeta电位值小于-30 mV,说明PLGA位于聚集体的表面,而PLL位于聚集体的内核。Zeta电位的结果与不同pH下的1H-NMR谱图结果相吻合,均表明在酸性和碱性条件下分别形成了以PLGA和PLL为核的聚集体。

图8所示为树状聚两性电解质(PLL9)4-D2-b-D1-(PLGA30)2在pH为2.3、3.7、9.2、12.0时形成的聚集体的形貌电镜图片,其中图8(a)、8(b)、8(c)为TEM图片,图8(d)为SEM图片。

图8 (PLL9)4-D2-b-D1-(PLGA30)2在(a) pH=2.3,(b) pH=3.7,(c) pH=9.2时聚集体形貌的TEM图片和(d) pH=12.0时聚集体形貌的SEM图片

Fig.8 TEM images of aggregates of (PLL9)4-D2-b-D1- (PLGA30)2in aqueous solutions at (a) pH=2.3,(b) pH=3.7,(c) pH=9.2 and SEM image of aggregates at (d) pH=12.0

继续增加溶液pH到12.0时,通过SEM观察到了类似松叶状的聚集体,长度达毫米级,如图8(d)所示,每个“松叶”都是由直径约70 nm的棒状聚集体聚集而成。Zeta电位结果表明,该pH下聚集体表面Zeta电位绝对值大于30 mV,溶液中的聚集体因静电排斥不应发生聚集。事实上,实验过程中也并未观察到pH=12.0的样品溶液有明显沉淀出现。因此,判断该松叶状聚集体是在样品干燥过程中,由溶液中的钠离子与羧酸根结合形成的谷氨酸钠结晶与溶液中过量的NaOH结晶共同诱导聚两性电解质棒状聚集体进行再次组装形成的,符合近年来陆续见诸报道的多级组装形成分形结构的机理[16-17]。

图9所示为动态光散射DLS测定溶液pH分别为2.3、3.7、9.2、12.0时形成的聚集体的流体力学半径(Rh)分布图。

图9 (PLL9)4-D2-b-D1-(PLGA30)2在pH=2.3,3.7,9.2, 12.0时的流体力学半径分布图Fig.9 Hydrodynamic radius distribution of (PLL9)4- D2-b-D1-(PLGA30)2 aggregates in aqueous solution at pH=2.3,3.7,9.2,12.0

从图中可以看出,不同pH下得到的聚集体都呈单峰分布,但尺寸分布较宽。当pH=2.3时,DLS测定的聚集体平均流体力学半径约为220 nm,比TEM测试结果大一些。这是由于TEM反映的是胶束在干燥状态下的大小,而DLS测定的是溶液中的聚集体大小,更接近于真实粒径。另外可以看出,pH为3.7、9.2、12.0时测得的平均流体力学半径均在1 μm以上,与相同pH下TEM获得的棒状聚集体的长度尺寸基本一致,而宽度尺寸相差较大。这主要由于棒状胶束、纺锤形胶束结构上的不对称性,DLS测得的流体力学半径并不能出反映聚集体的真实形貌[18]。尽管如此,DLS数据表明,在上述pH的溶液中棒状聚集体能较好地分散而没有发生聚集,也由此进一步验证了在pH为12.0时获得的松叶状分形结构是在干燥过程中经再次组装形成的。

3 结 论

本文联用发散法、开环聚合以及“点击化学”成功合成了含有氨基酸链段的A4B2型不对称树状聚两性电解质(PLL9)4-D2-b-D1-(PLGA30)2,并研究了(PLL9)4-D2-b-D1-(PLGA30)2水溶液性质及水溶液pH变化对自组装行为和聚集体形貌的影响。研究结果表明,(PLL9)4-D2-b-D1-(PLGA30)2的水溶液具有明显的pH响应性,在酸性条件下形成了PLL为壳、PLGA为核的聚集体,随着溶液pH的增加,自组装聚集体由球形胶束转变为棒状胶束。而在碱性条件下形成了PLGA为壳、PLL为核的纺锤形胶束,同时伴随着PLGA和PLL链段从无规线团到α-螺旋构象的转变,并在高pH下二次自组装形成松叶状分形结构。由于PLL和PLGA链段均为生物相容性及生物可降解性聚合物,因此制备的聚两性电解质(PLL9)4-D2-b-D1-(PLGA30)2在环境响应型药物控释载体及基因与蛋白质传输方面具有潜在的应用价值。此外,由多级自组装形成的分形结构对理解自然界中的天然分形结构的形成过程也具有积极的意义。

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Synthesis and pH-Responsive Self-Assembly Behaviors of Asymmetry Dendron-Like Polypeptide-Based Polyampholyte

XU Xiao-chan, CHEN Tao, FANG Wen-xiang, DONG Yu-ru, NIU Lei, CAI Chun-hua

(Shanghai Key Laboratory of Advanced Polymeric Materials,Key Laboratory for Ultrafine Materials of Ministry of Education,School of Materials Science and Engineering,East China University of Science and Technology,Shanghai 200237,China)

An asymmetry dendron-like polyampholyte,poly(L-lysine)4-D2-b-D1-poly(L-glutamic acid)2[(PLL)4-D2-b-D1-(PLGA)2],where D1 and D2 are the first and second generation of poly(amido amine),was synthesized via the combination of divergent synthesis procedure,ring-opening polymerization (ROP) and click chemistry.The molecular structure,molecular weight and molecular weight distribution were characterized by proton nuclear magnetic resonance spectroscopy (1H-NMR),Fourier transform-infrared spectroscopy (FT-IR) and gel permeation chromatograph (GPC).The pH-responsive self-assembly behaviors were investigated via potentiometric and conductometric titration,1H-NMR spectroscopy,zeta potential measurement,scanning electron microscopy (SEM),transmission electron microscopy (TEM) and dynamic light scattering (DLS).It was found that (PLL)4-D2-b-D1-(PLGA)2shows pH-responsive “schizophrenic” micellization behaviors.It can self-assemble into aggregates with PLL-corona and PLGA-core at acid pH,and with PLGA-corona and PLL-core at alkaline pH,companied with the coil-to-helix conformational transition of PLGA and PLL segments.The self-assembled aggregates changed their morphology from spherical to rod-like and then to spindle-like micelles.Moreover,novel villus-like fractal structure was formed by hierarchical assembling of spindle-like micelles at high pH value.

polyampholyte; poly(L-lysine); poly(L-glutamic acid); pH responsive; self-assembly

1006-3080(2016)05-0644-09

10.14135/j.cnki.1006-3080.2016.05.009

2016-01-16

中央高校基本科研业务费专项资金(22A201514001);上海市大学生科技创新创业训练计划(S15052)

徐晓婵(1991-),女,江苏徐州人,硕士生,研究方向为聚两性电解质自组装。

陈 涛,E-mail:tchen@ecust.edu.cn

TQ316.341

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