中科院软物质化学重点实验室和中国科技大学高分子系刘世勇教授课题组近期在聚合物囊泡稳定性与渗透性同步调控方面取得了新进展。他们首次利用疏水链段由光响应性疏水基团保护的伯胺侧基单元所组成的两亲性嵌段聚合物来构筑聚合物囊泡组装体。发现该囊泡的双层膜结构在光照刺激过程中能够发生无痕交联(traceless crosslinking)反应而使得囊泡结构更加稳定，同时囊泡的渗透性也由于囊泡的疏水双层膜中不断产生亲水性通道而增加。这一发现解决了一直以来囊泡稳定性与渗透性这一对立矛盾问题。该成果近期以题为“Concurrent Block Copolymer Polymersome Stabilization and Bilayer Permeabilization by Stimuli-Regulated “Traceless” Crosslinking”发表在Angew. Chem. Int. Ed (DOI: 10.1002/anie.201310589)。
众所周知，相对于小分子磷脂囊泡，聚合物囊泡由于其疏水双层膜中高分子链之间的高度缠结而具有相对较高的结构稳定性，因此近些年来被生物医药和化学材料等领域的科研工作者广泛关注和研究。事实上，为了进一步提高聚合物囊泡的稳定性，传统上是通过囊泡双层膜的交联（包括物理和化学途径），以保证囊泡在实际应用的复杂环境中的结构稳定性。但是，也正是由于聚合物囊泡双层膜中高分子链的高度缠结和交联而使得囊泡的渗透性相对于磷脂囊泡大大下降，极大程度上限制了囊泡内腔与外界环境间的物质传输性能。针对这一矛盾问题，刘世勇教授指导的博士生汪枭睿设计了一种疏水链段由光响应性疏水基团保护的伯胺侧基单元所组成的两亲性嵌段聚合物(PEO-b-PNBOC)，并通过可控分子自组装构筑了聚合物囊泡组装体。然后在光照刺激条件下，使囊泡双层膜中的伯胺保护基团发生光解反应而释放出伯胺，原位生成的伯胺能有效的与链段侧链的酯键基团发生氨解反应，即使得囊泡发生化学交联；同时部分没有发生反应氨解反应的伯胺被质子化而在双层膜中产生了亲水通道，即提高了囊泡的渗透性。通过简单的光照刺激就实现了囊泡结构稳定性与渗透性的同步调控。进一步的，他们利用这一体系，初步探索了其在疏水/亲水药物同步释放及酶反应器活性调控方面的潜在应用。相关内容已申请国家发明专利。同时，该工作发表后也很快被Nature Chemistry Highlight专栏评述 (DOI: 10.1038/nchem.1915)。