英语原文共 7 页，剩余内容已隐藏，支付完成后下载完整资料

氧化羧甲基纤维素中的两性接枝共聚物在水溶液中的自聚

Eduardo Bordalloa,c,d,lowast;, Jacques Rieumontb, Marcio Joseacute; Tierac, Manuel Goacute;mezd,Massimo Lazzarid,lowast;

摘要：通过用适量准备好的聚乙二醇（PEG）与末端氨基团以及不同质量的己二酸二癸酯（DDA）来制备一系列氧化羧甲基纤维素-接枝聚（乙二醇）十二烷胺(OCMC-g-PEG-DDA)。在水溶液中形成的纳米聚集体可以用表面张力测量，荧光光谱动态光散射(DLS)和扫描电子显微镜（SEM-TEM）表征。胶束呈窄流体动力学粒径分布，而且根据DDA对PEG链的比例它的直径在163到193纳米之间变化。在接枝共聚物中的DDA含量也会影响核-壳界面紧凑性。

关键词：羧甲基纤维素，两亲接枝共聚物，胶束化，聚乙二醇化，荧光性

1.介绍

具有两相特性的嵌段接枝共聚物在已知选择性溶剂中聚集成高分子胶粒型聚集体。与表面活性剂性能相比，聚合物通常形成具有明显较低胶束浓度的更加稳定的胶束（CMC）。在水溶液中聚合物的疏水部分通过给予疏水观域的集群内和分子间关联的方式发生自聚反应(Savic, Eisenberg, amp; Maysinger, 2006), i.e。内核由亲水段的栅栏包围(Sooamp; Eisenberg, 2004)。然而，根据亲水性嵌段的长度，分子结构和疏水和亲水链段的数量之间的比率的形态可从球形胶束到棒形胶束变化，而且为了更高的分子量，双层球形囊泡却相反，提供了一个亲水性贮存空间(Hadjuk, Kossuth, Hillmeyer, amp; Bates,1998; Kataoka, Harada, amp; Nagasaki, 2001)。

基于两性共聚物的自组装胶束纳米颗粒可允许疏水生物活性剂的少量的封装，诸如特定治疗药物化合物，基因，显像剂等(Qutachi, Shakesheff, amp; Buttery,2013; Li, Chen, amp; Liu, 2013)。此外，使用聚合物作为在临床应用中的载体需要几个优点，如相对于较低分子量的输送系统中，从一个普通减少肾清除分子量gt;40kDakDa(Yamaoka, Tabata, amp; Ikada, 1994)到更具体的积累在高渗透性的血管系统，例如肿瘤组织，为lt;400nm的纳米颗粒(Hashizume et al., 2000)。在这种情况下的两亲基于多糖的系统由于聚合物主链的生物相容性和生物降解性具有在不同领域的潜力。特别的是，纤维素衍生物如羧甲基纤维素因为便宜而广泛用于许多工业部门(Ali, El-Rehim, Kamal, amp; Hegazy, 2008)，并被美国食品和药物管理局批准为赋形剂，在各种药物产品，包括口服，经皮和非肠道的药物施用。通过接枝例如十六烷基，胆固醇，N-十六烷基丙烯酰胺，酰氯，酰基氯化物，月桂酸乙烯酯或脂肪酸的酸酐与羧甲基纤维素(Xun et al., 2011; Rosilio, Albrecht, Baszkin,amp; Merle, 2000; Wei, Cheng, Hou, amp; Sun, 2008; Yang et al., 2008a;Yang, Kuang, Wang, Li, amp; Zhang, 2008b; Regia, Balaban, amp; Borsali,2008; Srokovaacute;, Tomanovaacute;, Ebringenovaacute;, Maloviacute;kovaacute;, amp; Heinze,2004)，或分别以聚丙交酯和聚乙二醇（PEG）与脱乙酰壳多糖和羧甲基脱乙酰壳多糖(Wu et al., 2005; Lv et al.,2014)来寻求两亲多糖系统的设计。至于使用作为药物的纳米载体，众所周知聚乙二醇化可以提高水溶性和系统在临床应用系统中的稳定性，在网状内皮系统最小化颗粒间的间隙。(Harris amp; Zalipsky, 1997)，而用短疏水链接枝可以便于治疗剂的封装和控制胶束尺寸。

在本文中，我们提出通过嫁接氧化羧甲基纤维素（CMC）与PEG和DDA获得的新型共聚物，作为药物传递系统具有潜在的应用前景。为了提高其合成能力，羧甲基纤维素改性引入更多反应性基团，如通过控制氧化醛，可有利于进一步转化如醛到亚胺（席夫碱）与伯胺。通过使用5kDa的PEG和不同量的DDA的制备一系列氧化羧甲基纤维素的接枝- 聚（乙二醇）-十二胺的（OCMC-G-PEG-DDA），从而可以通过表面张力测量，荧光光谱，动态光散射（DLS），扫描电子显微镜（SEM）和透射电子显微镜（TEM）的方法探索在水溶液中产生聚集行为和所形成的聚合物纳米颗粒的特性。

2.实验

2.1实验材料

羧甲基纤维素钠（分子量约90kDa，取代度为0.65-0.90，聚合度约400），从巴西的Sigma-Aldrich公司购买。氰基硼氢化钠（加入NaBH₃CN），高碘酸钠（NaIO₄），十二烷基胺（DDA），甲氧基封端的聚乙二醇5kDa（Sigma Aldrich公司，美国），二甲基亚砜（DMSO; Fluka公司）原样使用。在使用前，该羧甲基纤维素由聚合物溶解于水中24小时来纯化，然后在甲醇中沉淀。所有其他试剂均购自Sigma Aldrich并按原样使用。

2.2羧甲基纤维素的氧化

羧甲基纤维素（5克，葡糖酐单元中的24毫摩尔）溶解在100毫升的去离子水中24小时。然后加入NaIO₄（4.9克，23毫摩尔）至该溶液中并将该混合物在25℃黑暗环境中剧烈搅拌48小时。所得多醛衍生物（OCMC）从甲醇中沉淀，离心，用一定比例的甲醇和水洗涤数次（90/10，v/v）。纯化OCMC在50℃真空下经过一夜干燥后变成白色粉末。醛含量根据文献确定(Zhao amp; Heindel, 1991)。

2.3胺甲氧基聚乙二醇的合成

将聚乙二醇（10克，3.3毫摩尔）溶解在100毫升干燥二氯甲烷与7.0毫升干燥的（CH₃CH₂）₃N中。然后在搅拌下逐滴加入1.0毫升（13.3毫摩尔）CH₃SO₂Cl，冰水浴冷却反应混合物。在CH₃SO₂Cl添加结束时，移去冰浴，并将反应混合物在室温下搅拌过夜. 用100ml浓度为50mmol/L的碳酸氢钠洗涤反应混合物。将有机组分经硫酸镁干燥并过滤，溶剂蒸发后，将反应产物PEG-SO₃CH₃立即溶于50ml氨水的浓溶液，并使其在密封的烧瓶中搅拌48小时。产物用二氯甲烷萃取两次，经硫酸镁干燥并过滤，并在减压条件下除去溶剂。最后PEG-NH₂从乙醇中重结晶，并在50℃下干燥24小时(Aronov, Horowitz, Gabizon, amp; Gibson, 2003)。

2.4两亲共聚物的合成

在典型0.5代OCMC的反应，2.44毫摩尔葡糖酐单元对应溶解于25ml去离子水中，并最终用DMSO加至50ml于一个圆底烧瓶中。预先溶解在5毫升DMSO/三氯甲烷（50/50，体积/体积）溶液中的0.61克PEG-NH₂（0.12毫摩尔）和DDA0.068克（0.36毫摩尔）的混合物在30分钟内滴加至OCMC溶液。将混合物保持搅拌2小时，用冰- 水浴冷却至0℃并用过量的NaBH₃CN对应该氨基（0.46克，7.3毫摩尔）处理。使混合物达到室温并保持搅拌48小时。通过使用光谱/Porereg;3500D切断管道和冷冻干燥，让产物先针对去离子水充分透析三天，得到浅黄色粉末。用氯仿作为溶剂，将未反应的PEG和DDA通过在索氏系统中洗涤聚合物两天后萃取出来，最后纯化的共聚物在真空下干燥24小时。根据这个步骤，通过调整DDA / OCMC摩尔比为15，25，35和45％提出了四种合成方案。共聚物的要点是指在保持所有系列的5％的恒定的PEG-NH 2/ OCMC摩尔比的同时，确定接枝反应中使用的疏水性单体（DDA）的初始浓度。

3.结果和讨论

3.1接枝共聚物的制备

羧甲基纤维素的官能团化用无显著副反应的1,2-二羟基基团的高度特异性转换的高碘酸氧化，以获得相应的醛衍生物(Li, Wu, Mu,amp; Lin, 2011)。 (Fig. 1, step a) 该前体随后被用在所有两性衍生物的合成中，通过DDA与适量的制备好的双端氨基聚醚在DMSO和水的混合物中进行还原胺化反应(Fig. 1, step b and c)。以恒定的PEG量（相对于OCMC的5%的摩尔比）的反应进料和不同DDA量的一系列共聚物的合成和命名是根据DDA至OCMC摩尔百分比来决定的（15，25，35和45％的摩尔比DDA）氧化和接枝反应过程中发生的的结构变化主要通过红外光谱和HNMR来检测，相应的分子变化通过SEC监控。通过比较羧甲基纤维素的FTIR光谱，可以得到相对应于羧基OCH₂COO^-Na 部分拉伸的处于1616和1427cm^-1处的两个特征带，可以看到与其氧化产物一系列限制但相关的新的的光谱特征。特别的是，可能是属于醛基的一个在1727厘米-1的典型峰，和在882厘米-1分配给半缩醛水合形式的聚醛羧甲基纤维素的条带，表明主链的部分氧化情况(Vicini et al., 2004)。氧化程度表示为总醛含量由20.8%的通过用羟胺盐酸/氢氧化钠的电位滴定法确定(Zhao amp; Heindel,1991)；通过H NMR测得的28.0％的氧化度(Sup-plementary information, Fig. S1)。同时值得一提的作为降解的高碘酸盐氧化过程中伴随效果(Li et al., 2011)中分子量的减少（数均分子量Mn），从最初的51至4.9 kDa。在OCMC骨干PEG和DDA部分的掺入由两个陡峭，强烈的位于2886cm^-1和1109 cm^-1的带，对应于C-H和C-O的拉伸突出显示，并相对应于DDA和PEG-NH₂的链（见图例，如15的DDA的频谱，图2c）。

同时，由PEG链的末端甲氧基和亚甲基质子（CH₂CH₂O）在0.7和1.2 ppm，和十二烷基链的甲基和亚甲基在3.3和3.7 ppm在特征信号的存在，分别在所有共聚物的H-NMR谱中证实其有效嫁接。15DDA的1 H NMR谱示于图3与例（CMC和OCMC光谱列于补充信息与图S1中，并在图中说明稍后讨论）。尽管在原则上，可以根据羧甲基纤维素和异头质子等纤维素骨干氢的信号本质上是非常弱的，即使在更高的温度和浓度较高的情况下，通过比较端基的共振信号（分别为DDA和PEG链的甲基或甲氧基）与那些约为ca.5.2和5.4，以及ca.4.6和4.7 PPM来计算接枝度。结果表明氢的整合是不准确的，并会导致高估DDA和PEG取代度。接枝效率唯一的量化信息是从DDA与PEG的末端基团的相对比例中得到的（表1），这表明从15DDA共聚物的0.81（DDA/ PEG反应的进料相对理论值为3）到45DDA的6.7的增加（进料率9）。正如所料，DDA / OCMC摩尔比为15，25，35和45％增加的主要效果，与同时保持在5％的恒定的PEG-NH 2/ OCMC摩尔比，包括亲水或疏水链不同对比度的的接枝共聚物的制备。

3.2 水溶液中的聚合

基于OCMC共聚物的两亲性质与OCMC表现出来相反的是，的最有效的指示来自于它们对于水的表面张力研究的影响。单独对浓度来说，表面张力在25℃的值几乎是恒定保持在70 mN m^-1，所有的接枝共聚物表现出浓度的函数的下降，直至表面张力达到断点，我们称其为cmc（图4，值表1中给出）。所有的聚合物都具有43-57 mN m^-1的低表面张力值，比那些低分子量的表面活性剂的要低很多，这表明分子有效地在空气 - 水界面溶解，主要是因为它们包含多个十二烷基链以及每个单元分子里有几种乙烯的氧化单元。同时，对于具有较少十二烷基链（15 DDA）的共聚物的最高值可以看出每个PEG链上具有更多DDA链的共聚物，相对会更好的包装接口，这是因为疏水和亲水部分的数量是均衡的。这些结果与其他报告中PEG链可以促进聚集体的形成和增加聚集体的稳定性的结果相符(Vihola, 2007)。

由于表面张力是只的溶液的表面特性的量度，CMC的互补测量使用例如静态荧光都需要克服为了解释说明分散特征而翻译这些数据的限制。所选荧光探针的荧光光谱，即芘的I₁/I₃比，如所有接枝共聚物在25℃水溶液和pH为7.4的共聚物浓度的函数示于图5。芘也可被认为是分子疏水性药物的模型，并且其荧光I1/ I3比率提供探针环境的极性指示，并且通过检测极性变化探索在CMC测定使用(Francis, Cristea, amp; Winnik, 2004; Iamazaki,Brito, Schmitt, Campana, amp; Neumann, 2004)。这样的CMC值通常与通过其它技术获得的那些有利的比较由于探针不被认为会显著扰动胶束结构。

在一般情况下，当I₁/ I₃比的值是大约1.8-2.0时，芘分子在水溶液中，而

剩余内容已隐藏，支付完成后下载完整资料

资料编号：[153677]，资料为PDF文档或Word文档，PDF文档可免费转换为Word