摘要
具有良好的水溶性与生物相容性、以及合适纳米尺寸的聚合物胶束药物载体，通过高渗透强滞留（EPR）效应可以富集于肿瘤组织，从而在提高药物的治疗效果的同时降低其对生物体的毒副作用，而通过各种物理、化学方法的修饰，聚合物药物载体可同时具有多种独特的性质。其中，具有“诊疗一体化”性能的聚合物纳米载体吸引了研究者们广泛的研究兴趣。这类载体在具有化学治疗、光动力学治疗等治疗功能的同时，也具有荧光成像、磁共振成像等诊断功能。 具有电子离域结构的共轭聚合物由于其易调节、高稳定性、高灵敏度与分辨率等优异的光电性能，被广泛应用于光学材料的构建，然而，其刚性结构导致的强疏水性大大限制了其在生物材料方面的应用。含有离子型官能团或非离子型亲水性官能团的水溶性共轭聚合物，整合了传统共轭聚合物优异的光电性能以及亲水性侧链良好的水溶性，在生物成像、生物分子检测等领域取得了良好的应用。在共轭聚合物中，聚笏及其衍生物，不仅具有较高的荧光量子产率、较好的化学稳定性以及热稳定性，也具有C9位易于修饰的性能。聚笏及其衍生物的C9位，可以通过化学修饰而具有-N3、-OH等各种性质的官能团，随后可通过点击（Click）反应、开环（ROP）反应等方式化学键合不同功能的侧链，由此而形成具有高级拓扑结构的多功能瓶刷状共轭聚合物。 基于聚芴及其衍生物的瓶刷状共轭聚合物由于其功能性侧链以及空间位阻效应的存在，不仅具有良好的药物负载能力和光学性质，也同时具有优异的胶体稳定性和生物相容性。然而，目前仍旧缺乏有效的合成路线，以实现基于聚芴及其衍生物的功能性瓶刷状共轭聚合物的精准合成。本学位论文基于聚芴及其衍生物的共轭聚合物，结合Suzuki偶联反应、Click反应、ROP反应、原子转移自由基（ATRP）反应等合成技术，设计、合成了一系列具有不同结构与性能的两亲性瓶刷状共轭聚合物，通过核磁共振氢谱(1HNMR)以及体积排除色谱与多角度激光光散射联用分析（SEC-MALLS）对聚合物的组成和结构进行了表征，利用动态光散射仪（DLS）以及透射电子显微镜（TEM）对聚合物胶束的粒径与形貌进行了表征，采用紫外-可见光分光光度计（UV-vis）以及荧光光谱仪（FL）对聚合物的光学性质进行了表征，最后基于体外细胞毒性实验和细胞荧光成像实验等对聚合物载药胶束的生物应用进行了表征。具体研究内容如下： 1.在第一章中，系统介绍了瓶刷状聚合物的合成方法、共轭聚合物的光学性质及应用，以及聚芴及其衍生物在生物医用材料方面的研究现状和进展。 2.在第二章中，设计、合成了以聚芴（PF）为主干，疏水链段—聚己内酯（PCL）与亲水链段—聚（寡聚（乙二醇）单甲醚甲基丙烯酸酯）（POEGMA）交替接枝的两亲性异相接枝瓶刷状共轭聚合物。保持PF主干与PCL链段聚合度不变，通过1HNMR和SEC-MALLS研究大分子引发剂PF-((g-PCL-OOCCH3)-alt-(g-Br)引发OEGMA反应的聚合动力学；通过DLS以及TEM研究在同等浓度下，具有不同亲、疏水链段比例的瓶刷状共轭聚合物在水相中的自组装行为；通过FL研究具有不同组分的聚合物的荧光量子产率（Φ）。研究发现，该两亲性异相接枝瓶刷状共轭聚合物胶束在一定的亲、疏水比例条件下，具有形成单分子胶束的能力，并且具有较高的荧光量子产率以及较好的细胞成像性能。 3.上述亲、疏水链段交替接枝的结构虽然避免了亲水段对疏水段的过度拉伸，然而也可能导致了聚合物胶束的疏水内核无法紧密堆积，进而制约了胶束的药物负载能力，导致了低的载药量（DLC）以及包封率（EE），为了提升聚合物胶束的载药能力并且促进其在癌细胞中的去稳定化，在第三章中，设计、合成了酶刺激响应性、两亲性瓶刷状共轭聚合物，其共轭聚合物主干为含有苯基的聚芴衍生物（PF），侧链为具有酶降解性的两亲性嵌段聚合物—聚酪氨酸-聚（寡聚（乙二醇）单甲醚甲基丙烯酸酯）（PTyr-b-POEGMA或PTyr-b-(POEGMA)2）。通过UV-vis研究疏水链段PTyr的长短以及亲水链段POEGMA的结构对聚合物的载药能力的影响；通过体外细胞毒性实验和小鼠体内实验系统研究了聚合物载药胶束在体内外的抗癌效果。研究发现，该酶刺激响应性、两亲性瓶刷状共轭聚合物具有较强的载药能力，以及良好的生物相容性，其载药胶束具有显著的细胞毒性，在体内具有增强癌症治疗的效果以及降低的毒副作用和增强体内耐受性。同时，还发现由于光谱的部分重叠，聚合物与药物阿霉素（DOX）之间具有荧光能量共振转移（FRET）现象。 4.为了进一步提高聚合物的载药能力以及防污性，同时增强聚合物与DOX之间的FRET强度，在第四章中，设计、合成了酶刺激响应性的两性离子瓶刷状共轭聚合物，其共轭聚合物主干为含有N-苯基-1,8-萘二甲酰亚胺基团的聚芴衍生物（PFONPN），侧链为具有酶降解性的两性离子嵌段聚合物—聚酪氨酸-聚（寡聚（乙二醇）单甲醚甲基丙烯酸酯和2-（甲基丙烯酰氯基）乙基）二甲基-（3-磺丙基）氢氧化铵）（PTyr-b-P(OEGMA-co-SBMA)2）。通过DLS和UV-vis分别研究了不同组成和重量分数的亲水链段对聚合物胶束的稳定性以及载药能力的影响；通过FL研究了各聚合物以及载药胶束的光学性质。研究发现，两性离子链段的引入使得聚合物在具有较小的亲、疏水段比例条件下即可在水相中形成稳定的单分子胶束，并且显著提高胶束的载药能力，此外，聚合物与DOX的荧光光谱大面积重叠，两者之间具有明显的FRET效应。然而，通过PTyr携带的苯酚基团与DOX之间的π–π共轭作用虽然提高了聚合物胶束的载药能力，但其可能同样影响共轭聚合物主干的光学性质，使得聚合物的荧光量子产率较低。 5.通过物理包埋的方式负载药物的聚合物胶束，在正常生理条件下由于小分子药物的自由扩散和胶束内外的药物浓度梯度，会不可避免地发生药物在胶束血液循环过程中的泄露和提前释放的现象，对正常组织和器官带来毒副作用。为了解决上述问题，增强纳米载体对肿瘤微环境的刺激响应性以及减少刷状侧链对共轭聚合物主干的光学性质的不利影响，在第五章中，设计、合成了pH/酶双重刺激响应性的两性离子瓶刷状共轭聚合物前药，以共轭聚合物PFONPN为主干，以携带-NH2具有酶响应性的聚阳离子链段-聚鸟氨酸（POrn）与两性离子的无规共聚物链段—P(OEGMA-co-SBMA)为侧链，DOX则通过酸响应性的亚胺键键合至POrn链段，同时通过氨基的消耗减少了聚阳离子链段的生物毒性。通过考察不同载药率对聚合物前药的Zeta电位的影响以及和聚合物之间的FRET效应。发现，随着载药率的增加，聚合物的Zeta电位逐渐从明显的正电性转变为微弱的负电性，证明了DOX的成功键和，而在DOX的质量比在0-11%范围内，随着DOX比重的增加，DOX的荧光强度逐渐增加，而聚合物的荧光强度显著减低，且两者的荧光强度比值与DOX的比例呈现近似线性的相关性，上述结果证明该聚合物理论上具有监测药物DOX释放的潜在能力。
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