自交联和可表面工程化的囊泡

12      囊泡作为一类具有独特空腔结构的超分子自组装体,在药物运输、人工细胞模型、生物微反应器等多方面具有巨大的潜在应用价值。然而,囊泡在上述应用过程中会面临两个基本的问题,一个是稳定性,另一个是功能化。囊泡一般是由两亲性分子通过疏水作用力、氢键等弱分子间作用力聚集而成,易受温度、溶剂、pH、浓度或者剪切力的影响而发生变形甚至解组装,这种不稳定性会极大限制了囊泡的应用,一般需要通过囊泡的交联来提高稳定性。另外,囊泡的功能化对于提高其性能和扩大其应用领域具有重要意义。传统的解决方案是先将功能基团引入囊泡的前驱体,组装得到功能性囊泡后再将囊泡交联。即囊泡要先功能化,然后再交联。这种方法往往需要大量的合成工作,另外很难通过同种分子来制备多功能囊泡。当前,由于囊泡交联后会导致官能团的缺失和反应效率的极大下降,因此交联囊泡要实现进一步的功能化是非常困难的。

        上海交通大学周永丰教授课题组长期从事聚合物囊泡研究,特别在超支化聚合物囊泡的开发和应用方面开展了卓有成效的工作。最近该课题组和华东理工大学林绍梁教授合作,针对囊泡的交联和功能化提出了一种新的研究思路,建立了一条囊泡先交联后多功能化的新策略,制备了可自交联及表面工程化的新型聚合物囊泡。相关结果发表在Small上(Small, 2015, DOI: 10.1002/smll.201500699)。

        这种囊泡由一种末端被多巴胺修饰的两亲性超支化聚醚在水中自组装得到。由于多巴胺在碱性条件下可以自聚形成聚多巴胺,因此只要将囊泡溶液的pH调节至8.0后,所制备的囊泡会随着多巴胺自聚而实现囊泡的自交联,从而得到稳定的交联囊泡。更为重要的是,由于聚多巴胺具有超强的粘接能力,因此只需要将所制备的交联囊泡直接溶液与纳米材料或者功能分子共混,简单的搅拌混合,就可以轻易地实现物理或化学接枝,从而制备出具有多种表面功能性的囊泡。例如金纳米粒子功能化的囊泡、蛋白质功能化囊泡、DNA功能化囊泡和羧基功能化囊泡。这种通过简单共混就能实现囊泡表面功能化的方法不需要任何复杂的合成,操作简单,条件温和,而且不会影响囊泡本身的结构和表面接枝分子的结构,也可以实现同一囊泡的多重功能化。这是其他囊泡功能化方法所难以比拟的。另外,这种“囊泡先交联后多功能化”的新策略同样适用于任何可用多巴胺结构进行修饰的囊泡,是一种简单的、普适性的囊泡稳定化和功能化的新方法。