含苯胺五聚体嵌段共聚物的合成及生物医学应用

随着高分子材料在生物医学领域研究的深入，电活性高分子以其特有的化学和物理性质，受到国内外学者的广泛重视。电活性高分子，尤其是聚苯胺，在空气中稳定，导电性较高，能可逆氧化还原且无细胞毒性，因而在生物医学领域得到了较为广泛的应用，包括生物传感器、组织工程支架、用于粘附蛋白质或DNA的基质及电化学控制释放药物的电极等。但是限制聚苯胺在体内应用的最大问题是它的不可降解和不可吸收性，长期存在体内会造成炎症反应，需要二次手术取出。为了解决这个问题，我们设计合成了一系列新颖的共聚物材料，采用可生物降解的小分子量脂肪族聚酯（包括聚乳酸和聚己内酯）和电活性的苯胺五聚体利用N,N'-二环己基碳二亚胺（DCC）缩合法形成嵌段共聚物，得到了具有电活性的可生物降解材料，并证明这些共聚物材料具有很好的生物相容性，在电刺激条件下能够促进细胞的生长和分化，有望作为支架材料在神经组织工程中得到应用。我们还利用聚乙二醇和苯胺五聚体合成具有电活性的三嵌段共聚物，这种三嵌段共聚物在稀溶液中能够自组装成电刺激和pH响应敏感的球形胶束，而在浓溶液中能够形成具有微米尺寸的“沙漏”型组装体。三嵌段共聚物的这些独特的性质使其在药物控制释放等领域有着广阔的应用潜能。

可生物降解聚合物药物载体及其制备技术

药物释放体系因其具有提高药物的疗效，降低药物的毒副作用，减少药物的服用次数，拓宽给药途径等特点，而成为近几年来人们研究的热点。生物可降解高分子，由于它们在体内可以降解，降解产物可以被机体吸收或代谢，不存在积累在体内的危险，因此成为药物释放体系的载体的首选材料。特别是脂肪族聚酷类高分子，在与聚乙二醇形成嵌段共聚物后，不仅具有生物可降解性，而月＿大大地改善了材料与人体的生物相容性，作为药物载体材料时，延长了药物在体内的循环时间，降低了免疫响应性，引起了人们的极大兴趣。因此本论文主要是以MPEG-PLA两嵌段聚合物为药物的载体材料，详细研究了高分子量的MPEG-PLA两嵌段聚合物对紫杉醇的包裹，研究了MPEG-PLA和PLGA聚合物合金对胰岛素固体粉末的包裹，以及低分子量的MPEG-PLA的紫杉醇前药的合成、表征和由它制备而成的胶束的一些性质，取得了一些有意义的结果：1、采用改进的O／W乳液法，用高分子量的MPEG-PLA嵌段共聚物实现了对紫杉醇的纳米化包裹，并证实了聚合物的分子量对所制备的纳米微球的粒径的影响：分子量越大，粒径越大。同时发现了微球粒径越小，药物的包裹量越低。2、用扫描电镜（SEM）、光电子能谱（XPS）、差热分析（DSC）对纳米微球进行了分析和测定，结果表明，微球的尺寸在30Om-800nm范围，紫杉醇在纳米微球的表面几乎不存在，而是以无定形的状态分布在纳米微球中。3、对纳米微球中紫杉醇体外释放行为进行了侧定。它们显现出了明显的双相行为，即在初期释放速度很快，随后的释放速度变慢。同时，研究了MPEG-PLA的分子量对释放行为的影响：聚合物分子量越大，紫杉醇释放的速度就越慢。4、用固体粉末法和双乳液法对胰岛素进行了包裹，其中固体粉末法采用的是PLGA和MPEG-PLA两聚合物的混合溶液对纳米胰岛素颗粒进行了包裹，包裹率分析表明：固体粉末法对药物的包裹率高于双乳液法。所得的微球都是很好的球形，其尺寸在1-3um左右，它的剖面是核壳结构，胰岛素以晶粒的形式被包裹在微球中间。5、对固体粉末法和双乳液法制备的微球的体外释放行为进行了对比，发现由两种聚合物合金制备的微球的暴释现象得到了缓解，同时发现两种聚合物的配比不一样，其暴释缓解的程度不一样。6、以辛酸亚锡为催化剂成功地合成了低分子量的MPEG-PLA两嵌段聚合物。二经基乙酸配与过量的叔丁醇在DMAP存在下反应，成功制得了二轻基乙酸单叔丁酷。MPEG-PLA的端经基与二经基乙酸单叔丁酷在DCC参与下脱水酷化再将叔丁基去保护，便得到端梭基的MPEG-PLA。7、端基为梭基的MPEG-PLA与紫杉醇的2’-羟基或7-轻基进行了酷化反应，制备出MPEG-PLA-紫杉醇前药。8、制备了四种低分子量的MPEG-PLA-紫杉醇前药，用1H NMR和GPC进行了表征分析。紫杉醇前药中紫杉醇的含量最高可达到20％，依赖于MPEG-PLA中PLA段的长度。9、用荧光探针法考察了MPEG-PLA两嵌段聚合物和MPEG-PLA-紫杉醇前药的胶束化行为，发现前药总比相对应的两嵌段聚合物有更低的临界胶束浓度（CMC）。用透射电镜观察了胶束的形貌和尺寸大小，以及接药前后胶束尺寸的变化。发现都是很好的球状胶束，MPEG-PLA两嵌段聚合物和MPEG-PLA-紫杉醇前药胶束的平均粒径分别为25±3nm和33士Znm，说明聚合物在接药后，随着疏水部分分子量的增加，所形成的胶束粒径也增大。

带侧羧基的脂肪族生物降解聚合物

生物降解脂肪族聚酷如聚乙交醋（PGA）、聚丙交醋（PLA）、聚。一己内酷（PCL）以及它们的共聚物由于具有良好的生物相容性和生物降解性而在外科手术缝合线、组织工程、药物控制释放、骨固定等领域得到很多应用。但是，它们自身缺乏功能基团，亲水性差，因而在应用上受到很大限制。因此，含有功能侧基生物降解聚合物的制备在过去十年中受到大家极大的关注。功能基团的引入对于调节聚合物的性能如：亲水性、生物降解性和药物的渗透性等非常重要。需要特别指出的是，功能基团的引入为把药物和其它生物活性物质与聚合物结合进而扩大聚合物的应用范围提供了机会。本文合成了几个功能化单体并且通过共聚的方法制备了几种新型的两亲性功能化聚合物。这些改性后的聚合物可以通过化学键接上药物或者其它生物活性物质，有望作为靶向控释药物载体和智能化的组织工程支架材料。具体的研究结果如下：1．以2，2-二羟甲基丙酸节酷为功能单体，通过两步法成功合成了一系列新的带功能基团的聚酷酞胺，并通过1H NMR和FTIR对聚合物的化学结构进行了表征，DSC结果表明所合成的聚酯酰胺的Tm和Tg分别在150℃和0℃左右；2．合成了功能化的环状单体（35）-3-［（苄氧羰基）乙基」吗啉-2，5-二酮（BEMD），并以PEG作为引发剂，Sn（Oct）2作为催化剂，通过L一LA和BEMD的开环共聚合得到共聚物PLGBG-PEG-PLGBG；随后用10％铭碳催化氢化得到带有侧梭基的两亲性嵌段共聚物PLGG-PEG-PLGG和其它两亲性嵌段共聚物一样，PLGG-PEG-PLGG在水溶液中能够自组装成胶束，用花作为荧光探针，通过荧光光谱法研究了其形成胶束的过程并测定了它们的临界胶束浓度，发现在总的分子量大致相当的情况下，PLGG-PEG4600-PLGG比PLGG-PEG2000-PLGG有较高的临界胶束浓度；场发射电子显微镜表征结果显示胶束具有均一的球形特征，动态光散射结果表明该胶束具有较窄的单峰粒径分布；蛋白酶K溶液中的降解研究表明带有侧梭基的PLGG-PEG-PLGG比PLA具有更快的降解速率；人胚关节软骨细胞培养结果表明所合成的聚合物PLGG-PEG-PLGG显示出较好的细胞相容性。3．在缩合剂DCC和催化剂DMAP存在下，带有侧梭基的两亲性嵌段共聚物PLGOPEG-PLGG和紫杉醇发生缩合反应得到两亲性嵌段共聚物一紫杉醇键合药P（LGG-paclitaxel）-PEG-P（LGG-paclitaxel）。它具有两亲性嵌段共聚物的性质，能够自组装成胶束，场发射电子显微镜表征结果表明胶束具有均一的球形特征，动态光散射结果表明该胶束具有较窄的粒径分布，平均粒径为119.4nm。该胶束的药物释放具有pH敏感性，酸性环境中比生理环境中（pH＝7.4）具有较快的释放速率。P（LGG-Paclitaxel）-PEG-P（LGG-paclitaxel）胶束的壳层由良好亲水性的PEG组成，避免了胶束纳米粒子在血液循环中被人体网状内皮系统吞噬，保证有充足的时间通过EPR效应在肿瘤部位聚集，进而通过细胞内吞进入细胞并在细胞内的酸性环境中释放药物，进一步的研究工作有待深入进行。4．合成了功能化的环状碳酸酷单体MBC，以MPEG作为引发剂，ZnEt2作为催化剂，LLA和MBC发生开环共聚合，以较高的转化率，得到高分子量共聚物MPEG-b-P（LA-co-MBC）。13C NMR表明LLA和确c发生了无规共聚合；DSC征结果表明MPEG-b-P（LA-co-MBC）为无定型态聚合物，Tg在20-50℃之间，随着MBc含量的增加而降低；MPEG-b-P（LA-co-MBC）脱保护后得到带侧梭基的MPEG-b-P（LA-co-MCC），它的Tg明显提高，可能是聚合物侧梭基之间强的氢键作用力以及梭基对水解反应的催化作用造成的；脱保护前后的共聚物在蛋白酶K溶液中的降解研究表明，MPEG-b-P（LA-co-MCC）的降解速率大于MPEG-b-P（LA-co-MBC）的降解速率；人胚关节软骨细胞培养结果表明，所合成的MPEG-b-P（LA-co-MCC）是一种具有良好生物相容性的新型生物降解材料。5．利用本实验室开发的一种新型有机氨锯引发剂Sr-PO在温和的条件下通过顺序加料聚合的方法合成了新的嵌段共聚物PCL-b-PMBC。WAXD结果表明 PCL-b-PMBc中PCL的衍射峰均可观察到，只是衍射峰的强度随着PMBC含量的增加而减弱。DSC结果表明PCL-b-PMBC中PCL的Tm在57到52℃之间，并且随着PMBC含量的增加而降低。PCL-b-PMBC的玻璃化转变在-41.6 到-23.3℃之间，随着PMBC含量的增加而增加，这表明PMBC和PCL之间 有着强的相互作用，尽管两段不是完全相容的。PCL-b-PMBC的侧节醋在10％把碳催化下氢化还原为带侧梭基的PCL-b-PMCC后，衍射峰和结晶焙大大降低，说明侧梭基的存在使得分子链间有着强的氢键相互作用而不利于结晶。由以上分析可知，PCL-b-PMCC侧梭基的存在将会使共聚物的降解速度大大提高，而且因为功能梭基的存在可以使共聚物通过化学键连接上药物、短肤、寡糖或者其它生物活性物质，从而扩大该聚合物在生物医学领域的应用范围。

稀土冠醚络合物的合成及其性质的研究

近年来对稀土冠醚络合物的研究日益受到重视文献曾报导了12－冠－4，15－冠－5，18－冠－6等冠醚与稀土的固体络合物的合成性质及结构的研究，但大部分工作侧重于研究冠醚空腔与稀土离子直径的匹配程度对络合物稳定性的影响，而对于冠醚具有的取代基、空间构型及其配位阴离子等对络合物稳定性、组成结构的影响尚注意得很不够，对溶液中络合物的研究工作较少；特别是冠醚对稀土元素萃取性质的研究未见系统报导。本论文以瑞士进口的二环已基18－冠－6（DCC）混合物为原料进行异构体的分离。得到纯异构体A、B、D的~(13)C谱，不同位置的五种碳原子的谱线清析可辨，其化学位移值与计算值比较，确定了谱线的归属，利用单一异构体测定结果，对异构体A、B、D混合物进行鉴定得到满意结果。利用分离得到的纯异构体A、B及北京五所提供的异构体D合成了与轻稀土硝酸盐络合物。元素分析结果指出，除1：1络合物外，首次得到非1：1组成的络合物。La（NO_3）_3·DDC（DCC＝Ia，Id），[Ln（NO_3）_3]_3(DCC)_2 （Ln＝Ce，Pr，Nd，DCC＝Ia，Id）而异构体B得到全部3：2的络合物。选择硝酸镧与三种异构体的络合物进行了热分析，结果指出3：2与1：1络物物表现出完全不同的热分解行为。3：2络物合只有一步分解，且比1：1络物合具有更高的热分解温度1：1络合物分两步分解，首先发生向3：2络合物的转变。络合物的红外光谱研究表明，络合物中冠醚与自由冠醚的红外光谱图呈现明显区别，冠醚环上COC反对称伸展振动在生成络合物后向低频产生50～70 cm~(-1)的位移，其中3：2比1：1络合物位移量略大，络合物中硝酸根的振动吸收全部呈现配位硝酸根的特征谱带，并且3：2与1：1络合物之间呈现明显差别。另外在远红外区观察到Ln-O（NO_3~-）的振动谱带。用NMR研究冠醚与稀土在非水溶剂中的络合反应。首先测定了12－冠－4，15－冠－5与位移试剂Pr（fod）_3，Eu（fod）_3，Yb（fod）_3体系中冠醚次甲基上'H及~(13)C的化学位移值Δδ，得到了谱线随稀土与冠醚浓度比改变的变化规律。位移方向，对于Pr向高场移动，对于Eu、Yb向低场移动，位移量及谱线宽度的大小为Yb＞Pr＞Eu。且Δδ~(13)C＞Δδ~1H符合几何因素的规律，即正比于（3COS~2θ-1）/~r~3。利用二种方法计算了不同温度下络合物的稳定常数。对于不同冠醚，K值次序为冠－5＞冠－4＞冠－6，对于不同位移试剂为Pr＞Eu＞Yb。利用不同温度的K_1值，计算并讨论了平衡反应的热力学函数ΔG°，ΔH°，ΔS°。实验考察了微量水存在下络合物的结构和作用机理，在高氯酸盐与冠醚体系的研究中，观察到与位移试剂体系完全相反的规律。还发现在高氯酸稀土与冠醚的体系中快和慢两种交换过程共存，通过对单一交换体系的络合物稳定常数计算方法的改进，提出了适合混合交换体系的计算方法，并计算了18C6与Pr(clo_4)_3络合物在20℃时的稳定常数，K_1＝164升／摩乐。系统地研究了12－冠－4，15－冠－5，18－冠－6的衍生物及其二苯并24－冠－8等11种冠醚对单一稀土苦味酸盐的萃取，制备了15个稀土的苦味酸盐，考察了冠醚的空腔大小及取代基和空间构型对冠醚萃取稀土能力的影响，得到了B15C5，B18Cb，DCC萃取15个稀土元素的规律性，测定了相邻稀土元素间的分离因数，讨论了各种因素对DCC异构体萃取分离Pr Nd的影响，指出异构体A具有更大选择性。最大分离因数β_(Nd)~(Pr)=3.5，上述结果将为今后发展冠醚在稀土分离液膜萃取等方面的应用提供基础数据。

稀土——冠醚配合物的合成、结构、性质及应用研究

近20年来，冠醚类化合物的络合选择性以及稀土——冠醚络合物在结构和性质上的特殊性一直吸引着人们的研究兴趣，研究稀土冠醚的配位作用，探讨冠醚在稀土分离，作为光谱探等方面的应用一直为人们所重视，并取得了丰富的研究资料，但由于稀土冠醚配位作用的复杂性，目前人们尚无法解释许多实验事实，因此，有必要进行配合物的深入研究，同时考虑到目前高纯稀土生产中，对少量的矸金属、矸土金属杂质仍无十分有效的分离方法，而冠醚对矸金属、矸土金属的配位能力大于稀土，利用冠醚有可能实现这一分离，为此我们完成了如下工作：研究了水合稀土硝酸盐与B12C4、Cy12C4和B15C5络合物的合成结构和性质。对于B12C4，轻重稀土均可得到稳定的无水络合物（1：1），对Pr、Cd、Lu的络合物的晶体结构分析表明，三者具有相同的结构特征。Cy12C4表现出了与B12C4相似的配位性能，它与轻重稀土均可得到稳定的无水络合物；对La、Eu、Lu络合物的晶体结构研究表明，La、Eu络合物中三个NO_3~-呈不对称排列，这在“伞型”结构的稀土硝酸盐络合物中尚无报道；对于B15C5，轻重稀土表现出了不同的配位能力，其中，轻稀土络合能力较强，可以得到无水的直接配位络合物R(NO_3)_3、B15C5(R=La-Gd)，但Sm和Gd络合物的稳定性已变差，晶体结构及红外数据表明，这些络合物具有相同的结构特征；重稀土与B15C5得到含水配恰 物；通过对典型含水重稀土络合物Yb(NO_3)_3、3H_2O、B15C5和的结构和性质研究，指出B15C5不参与中心离子配位是含水重稀土-B15C5络合物的结构特点。研究了La(NO_3)_3、L(L=16C5, Me_216C5)及Lu(NO_3)_3、3H_2O、16C6的合成结构和性质，分析了它们的结构特点。初步总结了水合稀土盐与冠醚的配位特点，分析了1：2冠醚直接配位型络合物难以形成的原因及影响冠醚与水配竞争的因素，总结了稀土——冠醚络合物的结构特征。用INDO法研究了Lu(NO_3)_3、B12C4及Lu(NO_3)_3、Cy12C4电子结构，比较了取代基苯环和单环已基对配体配位性能的影响。研究了DCC对HNO_3溶液中Ca和La的萃取，指出DCC对硝酸镧基本不萃取，对Ca萃取率可达20%。因而具有明显的分离作用。

猕猴胚胎干细胞的神经谱系分化及胶质祖细胞迁移机理研究

由于伦理和材料来源的限制，目前对灵长类早期神经发育缺乏深入地了解。与啮齿类动物相比，猕猴在遗传和生理上与人类更接近，因此猕猴胚胎干细胞(rESCs)研究具有重要的研究价值，不仅能为研究发育生物学基础理论提供良好的模型，而且可为细胞替代性治疗提供大量的供体细胞。本文以rESCs为主要研究对象，在rESCs定向分化为神经细胞的基础上着重研究神经谱系分化及调控胶质祖细胞迁移的机理。主要结论如下：1) rESCs来源的神经上皮干/前体细胞(NEPs)主要变为辐射状胶质细胞(RG)后再通过中间类型的祖细胞——神经元祖细胞(NPs)和胶质祖细胞(GPs)——分别分化为神经元和胶质细胞。同时，NEPs/RG细胞群具有早期神经管背-腹和前-后轴空间特性。NEPs/RG的维持受Notch和FGFR信号作用。此外，实验中还纯化和鉴定了猕猴胶质限定性前体细胞(GRPs)。结果表明，rESCs的神经谱系分化能够模拟体内发育过程，并与啮齿类动物早期神经谱系变化过程相似。2) 气体信号分子NO(由10μM—250μM SNP供体释放)促进rESCs来源的A2B5+/Nestin/PSA-NCAM胶质祖细胞迁移。进一步研究发现Netrin-DCC信号通路介导了NO启动的细胞迁移过程。同时，Ca2也参与调控胶质祖细胞的迁移。此外，细胞外基质和整合素α6亦可能与Netrin-DCC相互作用调控细胞迁移。结果显示，NO通过激活一个复杂的信号网络系统调控胶质祖细胞迁移。本实验的研究结果有助于揭示灵长类中枢神经系统发育的机理，同时也能为治疗神经系统退行性疾病提供阶段特异性的供体细胞。

Synthesis of a novel electroactive ABA triblock copolymer and its spontaneous self-assembly in water

An electroactive triblock copolymer of poly(ethylene glycol) (PEG) and aniline pentamer (AP), PEG-block-AP-block-PEG (PAP), was synthesized via polycondensation in the presence of N,N'-dicyclohexylcarbodiimide (DCC). The UV-vis spectra and cyclic-voltammograms (CV) spectra exhibited an excellent electroactivity of the triblock copolymer. The amphiphilic triblock copolymer self-assembles spontaneously into uniform micellar aggregates when the triblock copolymer was added directly to the aqueous solution. The size of the aggregates can be changed with the oxidation state of the AP segment in the PAP copolymer and the aggregates were pH-sensitive to the surrounding water solution, which provides a potential application in controlled drug release.