RAFT方法制備星形聚合物及鑭系金屬大分子環(huán)狀配合物的合成及應(yīng)用.pdf

1、近年來，對可逆加成裂解鏈轉(zhuǎn)移(RAFT)聚合方法的研究得到了飛速的發(fā)展，并且這一聚合方法受到科學(xué)家們的廣泛關(guān)注和應(yīng)用，其原因是RAFT聚合方法具有如下三個獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)：1)單體的適用面廣，苯乙烯類、丙烯酸酯類、丙烯酰胺、丙烯酸等帶官能團(tuán)的單體均適用；2)實施的方法較為簡單，一般的聚合反應(yīng)體系中加入硫代化合物即可；3)實施聚合的方法很多，本體、溶液、乳液、懸浮聚合均可。 樹枝體狀—星形聚合物是一類特殊的星形聚合物，它是以樹枝體為星形

2、聚合物的核，然后在樹枝體每條臂上生長出一條線形鏈所形成的星形聚合物。研究合成樹枝體狀—星形聚合物的新方法，對于研究這類化合物具有重要的意義。RAFT聚合與其它聚合方法相比，由于操作方便，可聚功能化單體多，所以具有明顯的優(yōu)越性。對于以多官能團(tuán)RAFT試劑為鏈轉(zhuǎn)移劑合成星形聚合物的聚合機(jī)理的研究，也必將會成為合成結(jié)構(gòu)完美的樹枝體狀—星形聚合物的基礎(chǔ)。 對由疏水段和親水段組成的兩親性嵌段共聚物在溶液中自組裝行為的研究是當(dāng)前的熱點(diǎn)之一。

3、這類聚合物膠束不僅在理論上具有重要意義，而且在清潔劑，表面活性劑，藥品載體以及納米技術(shù)等實際應(yīng)用方面具有很高的研究和應(yīng)用價值。目前，人們已經(jīng)發(fā)展了多種制備膠束的方法，比如直接溶解法、滲析法、擠出法、超聲法和電形成法等。對現(xiàn)有的方法進(jìn)行發(fā)展，使用更為簡便的方法-RAFT聚合的方法，通過加入二乙烯基類交聯(lián)劑，制備聚合物微凝膠是有重要意義的。 鑭系金屬配合物在生物化學(xué)研究和生物醫(yī)藥成像方面有著廣泛的應(yīng)用。在過去的15年內(nèi)，對它們研究取

4、得了長足的進(jìn)步。能發(fā)熒光的鑭系金屬配合物，例如鋱離子(Tb3+)以及銪離子(Eu3+)的金屬配合物，具有如下特點(diǎn)：非常窄的發(fā)射峰，非常大的stoke位移以及毫秒級長壽命的激發(fā)發(fā)射光。鑭系金屬元素中，具有順磁性的元素釓(Gd)，能通過影響細(xì)胞水分子中質(zhì)子的縱向馳豫時間T1來增加對核磁共振成像的對比度。因此，釓離子(Gd3+)的金屬配合物被廣泛的應(yīng)用于核磁共振成像對比試劑。設(shè)計并合成不同結(jié)構(gòu)的配體，將對鑭系金屬配合物在生物應(yīng)用中產(chǎn)生巨大影響

5、。 據(jù)此，本論文主要的工作是：以二硫代苯甲酸酯為末端官能團(tuán)的PPI樹枝體為鏈轉(zhuǎn)移劑的RAFT聚合制備樹枝體狀星形聚合物；以二硫代苯甲酸酯為末端基團(tuán)的PPI樹枝體為鏈轉(zhuǎn)移劑的聚NIPAAM的RAFT聚合及表征；異相可逆加成裂解鏈轉(zhuǎn)移聚合制備納米尺寸PEO星形微凝膠；鋅離子敏感性的稀土配合物熒光探針；應(yīng)用于細(xì)胞標(biāo)記及MRI中的一系列鑭系金屬環(huán)狀大分子配合物。具體的研究結(jié)果如下： 1.通過在PPI樹枝體(第二代和第三代)表面上

6、相應(yīng)的接上8個和16個二硫代苯甲酸酯基團(tuán)，合成了兩種新的樹枝體狀RAFT試劑，它們能夠成功的應(yīng)用于苯乙烯的RAFT聚合，制備結(jié)構(gòu)好的樹枝體狀—星形聚合物。對聚合動力學(xué)進(jìn)行研究，表明這一聚合過程符合一級反應(yīng)動力學(xué)。聚合過程顯示出很好的分子量可控性，且分子量分布較窄(PDI＜1.3)。此外，這一方法可以適用于制備樹枝體狀—星形嵌段共聚物。 2.將兩種以PPI樹枝體為核的RAFT試劑，成功地應(yīng)用于NIPAAM的RAFT聚合。聚合過程符

7、合一級反應(yīng)動力學(xué)。核磁共振和GPC的結(jié)果，表明通過RAFT方法制備的聚NIPAAM具有樹枝體狀—星形的結(jié)構(gòu)，可控的分子量和較窄的分子量分布(PDI＜1.3)。所得的樹枝體狀—星形聚NIPAAM的水溶液在一定條件下能夠可逆的轉(zhuǎn)化：當(dāng)溫度在LCST以下，溶液透明；而當(dāng)溫度在LCST以上，溶液渾濁。 3.在乙醇/THF的混合溶液中，以二硫代苯甲酸酯基團(tuán)封端的甲氧基單封端聚(環(huán)氧乙烷)(簡寫為DTB-MPEO)為大分子鏈轉(zhuǎn)移試劑，通過苯

8、乙烯和二乙烯基苯為單體的RAFT聚合，成功的制備了以交聯(lián)的苯乙烯為核，PEO為殼的PEO星形微凝膠。聚合時間、聚合溶劑和初始投料摩爾比St：DVB：DTB-MPEO三個重要的因素，在形成星形微凝膠的過程中起著重要作用。選擇合適的聚合條件，可以制備分子量大的、窄分布的和溶解性良好的星形微凝膠。TEM圖像說明PEO星形微凝膠在水/THF的混合溶劑中可以形成納米尺度的球形微凝膠，這一點(diǎn)更充分的說明了PEO星形聚合物具有兩親性。 4.通

9、過將對Zn2+離子敏感的基團(tuán)連接于鑭系金屬配體DTPA-PDA-C4上，設(shè)計并合成了兩配體L1和L2，并且制備了它們的Tb3+配合物[TbL1]和[TbL2]。[TbL1]隨著Zn2+離子的加入，其Tb3+的特征發(fā)射熒光的強(qiáng)度有著非常明顯的增加(增加了4.6倍)，而[TbL2]的熒光強(qiáng)度卻變化不大。通過測量不同Zn2+離子濃度下，[TbL1]的特征發(fā)射熒光強(qiáng)度，可以計算出[TbL1]與Zn2+離子絡(luò)合反應(yīng)的動力學(xué)常數(shù)。與常見的二價金屬C

10、a2+和Mg2+相比，[TbL1]對Zn2+具有選擇性。 5.我們設(shè)計并合成了一系列新的鑭系金屬大分子環(huán)狀配合物，Ln/DTPA-PDA-Cn，應(yīng)用于細(xì)胞的標(biāo)記和核磁共振成像(MRI)。兩種親油性的Gd3+配合物Gd/DTPA-PDA-Cn(n=10，12)，在幾個微摩爾/升的濃度下，能夠非侵入性的標(biāo)記許多種類的人工培育的哺乳動物細(xì)胞。細(xì)胞非常迅速的“吸收”這些試劑，并且它們的T1加權(quán)的MR圖像強(qiáng)度有顯著的增加。被標(biāo)記的細(xì)胞仍然

11、保持著與對比空白細(xì)胞相同的形態(tài)和生長翻倍時間。為了研究細(xì)胞“吸收”這類試劑的機(jī)理，我們使用DEFRET技術(shù)來確定這些鑭系金屬配合物在細(xì)胞中的具體位置。在細(xì)胞中加載熒光配合物Tb/DTPA-PDA-C10之后，我們觀察到Tb3+離子與細(xì)胞外而不是細(xì)胞內(nèi)的Calcein之間存在著DEFRET。因此，我們得到的結(jié)論是環(huán)狀鑭系金屬配合物通過將兩條親脂性的烷基鏈插入細(xì)胞膜中來標(biāo)記細(xì)胞的，并且保持金屬配位部分朝向細(xì)胞外介質(zhì)。這些試劑除了可以標(biāo)記人工