第一章绪论
1.1药物传输以及聚合物胶束在其中的应用
近半个世纪以来，药物传输一直是药学、化学、材料学和生命科学等诸多领域的研究热点，吸引着人们的广泛关注。然而，许多药物由于受其本身物理化学性质的限制，不宜在机体、组织或细胞中直接传输，因此寻找合适的药物载体来实现对药物的传输成为人们的选择。
载体的作用是将特定的药物携带至目标区域并控制药物以一定的速度释放，与病体组织产生相互作用，从而达到治疗疾病的效果。理想的药物载体在传输药物对疾病进行治疗时，至少应满足安全与效率两个方面的要求。从安全的角度考虑，载体材料首先应无毒、具备良好的生物相容性，不与机体发生免疫反应。同时，载体材料应具有适当的生物降解性，在药物释放完毕后能快速降解并排出体外。此外，在临床治疗时若药物释放过快或者在正常组织处释放都会带来负面影响，因此控制药物在特定地点以适当速度释放显得非常重要。这就要求药物载体具有刺激响应性，可通过各种环境刺激来对其药物释放行为进行控制。从效率的角度考虑，载体应具备载药能力强的特点。更为重要的是，若载体能实现靶向给药，在病灶部位选择性聚集并释放药物，这将大大提高药物治疗的效率。在大部分实体肿瘤组织中，广泛存在着渗透性增强与蓄积效应（enhancedpermeability and retention effect, EPR效应），药物载体可以被动靶向至肿瘤部位，在肿瘤组织内实现大量聚集。而要利用EPR效应实现被动靶向给药，载体应在血液中循环足够长的时间，这就要求其具有足够的稳定性。
通过物理包埋、静电作用或化学键合均可实现聚合物胶束对药物的包载。对于大多数疏水抗癌药物，常用透析法、水包油乳液法或固相分散法，通过疏水作用将它们包载到胶束的疏水核中。载药胶束到达指定区域后，其释药行为和载药方式、载药量以及胶束本身的特性有关。图1-2显示了聚合物胶束的形成，并简要概括了其作为智能药物和基因传递载体的诸多优势。首先，聚合物胶束的组装可通过疏水相互作用、静电相互作用或金属复合等多种驱动力来完成，因此其制备方法简单。其次，两亲性聚合物的柔性链形成胶束的亲水外壳，为胶束提供优异的生物相容性和刺激响应能力。而胶束的疏水内核作为药物储存容器，不仅可以稳定地包载各种疏水药物，还可以帮助实现对药物的可控释放或刺激响应型释放。此外，在胶束的表面引入功能基团，可以使聚合物胶束获得主动靶向性，大大提高疾病治疗的效率。最后，通过选择合适的组装基材，控制聚合物胶束的尺寸与病毒相仿，可赋予胶束高渗透性和组织穿透能力。
1.2聚合物胶束的形成与非线形聚合物的溶液自组装
在水中，两亲性的小分子表面活性亦j在浓度高于某一临界值时，会在疏水相互作用驱动下发生聚集形成胶束，这一浓度称为临界胶束浓度（critical micelleconcentration, CMC).与小分子表面活性剂类似，两亲性聚合物在选择性溶剂中仍然保持着其不同嵌段间的不相容性，当浓度高于某一临界值时其在疏水相互作用、静电相互作用、氢键、范德华力等的作用下同样会发生聚集，形成各种聚集体。小分子表面活性剂的CMC —般为10-3-10—4 M，嵌段共聚物的CMC比其小三个数量级左右，为10—6~10-7 M。两亲性聚合物的浓度在CMC以上，由无规的分散状态聚集成各种有序结构，这一过程称为两亲性聚合物的胶束化。胶束化过程多受热力学驱动，是一种自发进行的过程，有时可达到热力学平衡。在具体的实验操作中，制备聚合物胶束的两种经典方法是透析法和直接溶解法。透析法又称溶剂交换法，在当前的研究中使用得最普遍，其步骤是先将聚合物溶解在亲疏水嵌段的共溶剂中，然后将水作为疏水嵌段的沉淀剂逐步加到高分子溶液中，当水的加入量达到某一临界值时共聚物即开始发生自组装。这种方法的缺点是有机溶剂难以完全除去，不利于胶束在生物医用领域的应用。直接溶解法要求聚合物的可溶性嵌段远长于不溶性嵌段，可用于制备星形胶束，其步骤是'直接将聚合物加到水或其他介质中形成胶束。
1.3刺激响应性聚合物胶束
由于药物过快释放或者在到达病灶部位前释放会对正常组织或细胞产生副作用，而药物释放太慢不仅不能对疾病产生预期的治疗效果，而且还可能使病体组织产生耐药性，因此控制载体的药物释放行为在药物传输中具有重要意义。控制药物载体药物释放行为的一个有效的措施是赋予其刺激响应性。前面提到，聚合物胶束作为药物载体的一个重要优势是可以轻松地在两亲性聚合物的亲水段或疏水段引入各种刺激因素，以制备刺激响应性聚合物胶束。当外界环境发生微小改变时，刺激响应性胶束会发生解体或形态转换等自身性质的改变，利用这些改变可以实现对药物释放行为的控制。构筑刺激响应性胶束时可用的刺激因素很多，包括11值、氧化还原环境、离子强度和生物分子等内部刺激，以及温度、超声和光等外部刺激。本节将举例介绍三种最常见的刺激响应性胶束，而光响应胶束将在下一节重点论述。
由于肿瘤细胞比正常细胞生长快，肿瘤组织中的血液所带入的氧气和养料不足，肿瘤细胞长期在缺少氧气和养料的环境中生长，生成较多的乳酸等代谢产物，使得肿瘤附近组织液的pH值比正常组织处低。另外我们知道，在正常组织或血液中，细胞液的pH值约为7.4,而内涵体的pH值在5.0到6.5之间，溶酶体的pH值则更低，为4.5到5.0。因此利用这些差异，将酸性pH值作为一种内部刺激，设计对pH值响应的药物载体，就有可能实现抗癌药物在肿瘤组织处或细胞内不同区域的选择性释放。
第二章两亲性梳状聚合物的组装及其光响应性
2.1引言......................17
2.2实验部分..................19
2.3结果与讨论............22
2.3.1聚合物的合成与表征...........23
2.3.2胶束的制备与表征.......26
2.3.3光照对胶束的影响..........28
2.3.4胶束对模型药物的光控释放...........30
2.4结论.........31
第三章基于超支化聚合物的可逆光响应胶束.........33
3.1引言............33
3.2实验部分........35
3.2.1原料与试剂..........35
3.2.2仪器与表征.........35
3.2.3两亲性超支化聚合物的合成.........36
3.2.4聚合物胶束的制备..........36
3.2.5临界胶束浓度的测定............37
3.2.6体外细胞毒性评价..........37
3.2.7胶束的光照实验........37
3.2.8胶束对抗癌药物的包载与体外释放........38
3.2.9光照下胶束对模型药物的释放与再包载..........39
3.3结果与讨论.....40
3.3.1聚合物的合成与表征.......40
3.3.2胶束的制备与表征......42
3.3.3光照对胶束的影响........44
3.3.4胶束对抗癌药物的包载与体外缓释........47
3.3.5胶束对模型药物的可逆光控释放与再包载........50
第四章全文结论..........53
4.1全文主要结论...........53
4.1.1两亲性梳状聚乙二醇衍生物的组装及其光响应行为.......53
4.1.2改性超支化聚磷酸酯构筑的可逆光响应药物载体..........53
4.2特色与创新......54
4.3问题与展望..........54
参考文献........55
第四章全文结论
4.1全文主要结论
本研究以制备理想的药物载体为最终目标，结合非线形聚合物较多的末端官能团与疏水光响应分子在光照下的亲疏水转换反应，通过在亲水非线形聚合物的末端修饰疏水光响应基团，设计合成了两亲性的非线形聚合物。然后让其在水中自组装，构筑了两种具备良好生物相容性的光响应聚合物胶束，并研究其对药物的包载和在光照下的释放行为，探索其作为智能药物载体用于药物控制释放的可能性。
4.1.1两亲性梳状聚乙二醇衍生物的组装及其光响应行为
利用亲水性梳状聚乙二醇的末端羟基，让其与疏水分子2-重氮-1-萘醌-5-磺酰氯发生反应，成功合成了光响应的两亲性梳状聚乙二醇衍生物CPEG-g-DNQ。这种含重氮萘醌基团的聚合物可在水中自发组装成具备良好生物相容性的球形胶束，荧光探针法测得该聚合物的临界胶束浓度为0.064 mg mL^由于重氮萘醌在光照条件下会发生亲疏水转变，胶束经紫外光照射后发生解体。荧光染料香豆素102被选作疏水模型药物载入胶束内核，荧光发射光谱结果表明，光照可以调控香豆素102的释放行为。
4.1.2改性超支化聚磷酸酯构筑的可逆光响应药物载体
通过让含羧基的螺吡喃与羟基封端的超支化聚磷酸酯发生反应，成功制备了含螺吡喃基团且可生物降解的两亲性超支化聚合物HPHEEP-SP。这种两亲性超支化聚磷酸酯衍生物可在水中自组装成尺寸约为186 nm的球形胶束，以尼罗红为荧光探针测得该聚合物的临界胶束浓度为O.OSSmgmL^MTT测试结果表明，所得胶束对细胞的毒性较低。由于螺吡喃会在不同光照下发生可逆光致异构转变，使用紫外光和可见光交替照射，可以实现对胶束粒径的可逆调控。这种胶束可以成功包载抗癌药物阿霉素，体外药物释放实验表明，胶束对抗癌药物具有缓释能力。最后，研究进一步用荧光发射光谱跟踪并验证了胶束对模型药物的包载、光控释放与再包载过程。
4.2特色与创新
本研究以具备良好生物相容性的非线形聚合物为研究对象，通过在亲水性聚合物末端引入光响应疏水分子，探索将这种特殊结构的聚合物用于构建智能药物载体的可能性。
第一个体系中，通过在水溶性梳状聚乙二醇的末端修饰重氮萘醌分子，我们制备了生物相容的光响应聚合物胶束，并将光照作为一种开关，实现了对香豆素102释放行为的控制。该体系的特色之处在于带有多臂结构的梳状聚乙二醇具有比线形聚乙二醇更强的抗蛋白吸附能力，因此所制备的胶束可在血液中循环较长时间，有利于药物向肿瘤部位聚集。另外，该体系所使用的重氮萘醌分子在近红外光下也会发生沃尔夫重排反应，因此有望通过近红外光来控制这种胶束的药物释放行为。
第二个体系中，通过合成螺吡喃修饰的超支化聚磷酸酯衍生物，我们组装得到了生物可降解的可逆光响应药物载体，并实现了光照调控的模型药物的可逆释放与再包载。这一研究的独特之处在于所选用的超支化聚磷酸酯具有良好生物相容性的同时，还具有生物可降解能力，因而所制备的胶束应该也能在体内降解，有利于载体材料在药物释放结束后被排除到体外。而且，螺吡喃分子的光响应具有可逆性，利于载体的制备、保存及在临床上的应用。
4.3问题与展望
刺激响应性聚合物胶束的制备是聚合物科学和药物传输领域的热门研究方向。本研究选取光照这种新型刺激因素和非线形聚合物这种特殊的组装基材，试图构建较为理想的药物载体用于控制药物的释放行为。本工作取得了一些初步成果，但仍有很多后续问题有待进一步解决。
首先，本研究所涉及的两个体系都只进行了体外的模型药物释放行为研究，进一步的细胞实验甚至是动物实验都还未开展。而药物载体在细胞或者体内的传输还会遇到稳定性、能否被细胞内吞等诸多问题，这可作为今后的发展方向。另外，第一个体系所使用的重氮萘醌分子具有对近红外光响应的能力，而本工作所使用的光源为紫外光，进一步研究胶束在近红外光下的行为对于其在生物医用领域的应用非常重要。
参考文献
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