- 029-86354885
- 18392009562
【引言】
本文介紹了一類光控降解型烷氧醚化環(huán)糊精聚輪烷(PRX)的合成及性能表征。該類聚輪烷在水相中均表現(xiàn)出特征的溫度敏感行為:相變迅速且過程可逆,滯后現(xiàn)象小且相變溫度可調(diào),這與之前報(bào)道的甲基化PRX明顯不同。基于機(jī)械互鎖結(jié)構(gòu),PRX在溶液中穩(wěn)定,但當(dāng)封端基團(tuán)被UV裂解后可完全降解成親水性組分,PRX的溫敏行為也隨之消失。此外,烷氧醚化聚輪烷在相變溫度以上聚集形成微米級球狀聚集體,但在冷卻或UV照射下快速解聚。這種雙控的聚集與解聚集行為可用于對疏水性客體分子的可控釋放。本工作提供了一類可降解的溫度敏感型聚輪烷的有效合成方法,同時(shí)闡明了聚輪烷拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)對溫敏性能及降解行為的重要影響。
【成果簡介】
環(huán)糊精聚輪烷由于其合成簡單,生物相容性好和易于官能化等特點(diǎn),被廣泛應(yīng)用于生物醫(yī)藥領(lǐng)域。各類環(huán)糊精聚輪烷衍生物相繼得以報(bào)道,特別地,甲基化環(huán)糊精聚輪烷具有特征的溫度敏感行為,但其相變區(qū)間通常較寬,且回復(fù)滯后性明顯。盡管已有報(bào)道采用寡聚烷氧醚修飾聚輪烷以調(diào)節(jié)其水溶性和細(xì)胞內(nèi)化效率,但獲得的PRX衍生物仍具有較寬的相變溫度范圍,滯后行為則鮮有研究。此外,聚輪烷拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)對溫度敏感行為的影響也尚不清楚。
近日,上海大學(xué)的張阿方教授和閆家濤博士(共同通訊)在Macromolecules上發(fā)表了一篇題為 “OEGylated Cyclodextrin-Based Polyrotaxanes Showing Remarkable Thermoresponsive Behavior and Photocontrolled Degradation”的文章。研究人員采用他們之前報(bào)道的烷氧醚化環(huán)糊精衍生物(J. Mater. Chem. 2012, 22, 17424; Polym. Chem. 2015, 6, 1300; ACS Appl. Mater. Interfaces 2018, 10, 13258)為構(gòu)筑基元,結(jié)合封端基團(tuán)的光控裂解行為,制備了一類可降解的溫敏環(huán)糊精聚輪烷。
【圖文導(dǎo)讀】
圖1 溫度敏感型環(huán)糊精聚輪烷及其光控降解行為
圖2 烷氧醚化環(huán)糊精聚輪烷的合成示意圖
圖3 環(huán)糊精聚輪烷的1H NMR譜圖
圖4 烷氧醚化環(huán)糊精聚輪烷的濁度曲線及濁點(diǎn)的濃度依賴性
(a)0.25 wt%的烷氧醚化PRX水溶液的透射率對溫度的曲線圖。 實(shí)線對應(yīng)于加熱過程,虛線對應(yīng)于冷卻過程;
(b)Tcps的濃度依賴性。
圖5 烷氧醚化環(huán)糊精聚輪烷的變溫1H NMR譜圖
(a)在D2O中PRX1-DEG1;
(b)UV照射后的PRX1-DEG11.1。
圖6環(huán)糊精聚輪烷的光降解行為
(a)用350nm紫外光照射不同時(shí)間的0.25 wt% PRX1-DEG11.1水溶液的紫外-可見光譜;
(b)PEG1和UV照射前后PRX1-DEG11.1的GPC曲線。洗脫液是DMF。
圖7 光降解對溫敏行為的影響
(a)UV照射前后的PRX1-DEG11.1,PRX1-TEG11.8和PRX1-TEG13.6-F的0.25 wt%水溶液的透射率與溫度的關(guān)系曲線;
(b)在37℃下0.25 wt%PRX1-DEG11.1溶液的透射率與UV照射時(shí)間的關(guān)系圖。
圖8 在不同條件下0.25 wt% PRX1-DEG11.1水溶液的光學(xué)顯微照片
圖9 熒光客體分子的釋放行為研究
(a)丹磺酰胺在0.25 wt% PRX1-DEG11.1水溶液中的熒光強(qiáng)度比值FT / F24對溫度的變化曲線。 FT和F24分別代表特定溫度和24℃下的熒光強(qiáng)度;
(b)丹磺酰胺在0.25 wt%PRX1-DEG11.1水溶液于37℃下的熒光強(qiáng)度比值F37-UV / F37對紫外照射時(shí)間的曲線圖。 F37和F37-UV分別表示在37℃下不經(jīng)過UV照射和經(jīng)過不同時(shí)間UV照射的熒光強(qiáng)度。
【結(jié)論和展望】
論文報(bào)道了一類光降解型烷氧醚化環(huán)糊精聚輪烷的合成,以及聚輪烷拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)對聚輪烷溫度敏感行為和降解行為的顯著影響。該類PRX在水溶液中表現(xiàn)出特征的熱響應(yīng)行為,具有快速和可逆的相變,滯后性小,且相變溫度可通過改變低聚烷氧醚的接枝率或鏈長在30-55℃的范圍內(nèi)調(diào)控。有趣的是,烷氧醚化環(huán)糊精“輪子”在相變溫度以上發(fā)生脫水塌陷,而PEG主鏈缺保持較高的水合狀態(tài),這可能促進(jìn)了環(huán)糊精“輪子”沿主鏈的滑移。基于其機(jī)械互鎖的結(jié)構(gòu),PRX在溶液中穩(wěn)定,但在封端基團(tuán)UV裂解后可完全降解成親水的組分,其溫敏行為隨之消失。這證明了封端基團(tuán)對于控制PRX的溫度敏感行為和降解行為至關(guān)重要。此外,溫敏PRX在相變溫度以上形成微米級球狀聚集體,但在冷卻或UV照射時(shí)快速解聚,從而被應(yīng)用于對客體分子的控制釋放。基于獨(dú)特的輪烷結(jié)構(gòu)、卓越的熱響應(yīng)性和光控降解性,這些烷氧醚化環(huán)糊精聚輪烷將在藥物輸送、智能生物材料和驅(qū)動(dòng)器等方面具有廣闊的應(yīng)用前景。
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