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  生物系統(tǒng)中的DNA和許多蛋白質(zhì)以重復(fù)序列折疊成特定的結(jié)構(gòu)并決定了生物大分子的性能。例如某些蛋白質(zhì)的親水/疏水多嵌段相分離結(jié)構(gòu)會(huì)影響其生理功能。受自然界啟發(fā)，多嵌段聚合物的研究有望揭示生物大分子的奧秘并為仿生納米材料的設(shè)計(jì)提供新機(jī)遇。因此，近年來基于聚氨酯、聚酰胺、聚甲基丙烯酸酯的多嵌段聚合物受到了廣泛的關(guān)注。然而，與傳統(tǒng)兩嵌段和三嵌段共聚物相比，人們對于多嵌段共聚物自組裝行為的了解仍然不足。此外，目前高分子自組裝形貌的調(diào)控方法大多數(shù)通過調(diào)節(jié)分子結(jié)構(gòu)的親疏水比例，且主要基于簡單的AB型兩嵌段共聚物和ABA型三嵌段共聚物體系，其結(jié)構(gòu)多樣性和化學(xué)可調(diào)性仍有待提高。

  近日，四川大學(xué)高分子科學(xué)與工程學(xué)院丁明明、譚鴻和傅強(qiáng)教授提出了一種新的多相驅(qū)動(dòng)自組裝策略，在保持聚合物親疏水組分比例不變的情況下，通過簡單改變多嵌段聚合物的嵌段數(shù)誘導(dǎo)聚合物自組裝體的形貌從球狀膠束到蠕蟲狀再到囊泡的轉(zhuǎn)變。此外，在還原性物質(zhì)作用下，該多嵌段聚合物能夠通過解聚觸發(fā)形貌的可逆轉(zhuǎn)變（圖1）。

圖1.自組裝調(diào)控方法示意圖。（a）傳統(tǒng)的形貌控制方法主要通過改變兩嵌段或三嵌段共聚物的親水體積分?jǐn)?shù)來實(shí)現(xiàn)。（b）本工作報(bào)道的多相驅(qū)動(dòng)自組裝和和還原引發(fā)解聚誘導(dǎo)的形貌可逆轉(zhuǎn)變。虛線表示PCL和PEG結(jié)構(gòu)之間的相界面。

  作者以聚己內(nèi)酯（PCL）、聚乙二醇（PEG）和胱氨酸衍生二異氰酸酯（CDI）為原料通過簡單的一鍋法聚合制備了一系列不同嵌段數(shù)和嵌段序列的多嵌段聚合物。其中親疏水鏈段之間的胱氨酸殘基賦予聚合物仿蛋白結(jié)構(gòu)和較高的還原響應(yīng)性。作者利用光散射、熒光光譜、透射電鏡及計(jì)算機(jī)模擬等方法對多嵌段聚合物的形貌進(jìn)行了相應(yīng)的表征（圖2），并通過二維核磁、差示掃描量熱法（DSC）、X射線衍射（XRD）和小角X射線散射（SAXS）等方法闡明了多嵌段驅(qū)動(dòng)形貌轉(zhuǎn)變的機(jī)理（圖3）。

圖 2. 不同嵌段數(shù)聚合物的透射電鏡圖，插圖為DPD模擬得到的自組裝體截面圖。藍(lán)色，PCL；綠色，PEG；紅色，胱氨酸殘基。

圖3. 多嵌段聚合物自組裝體的SAXS和二維核磁譜圖。

  進(jìn)一步，作者研究了多嵌段聚合物的刺激響應(yīng)性和藥物控釋行為，通過疏水性分子尼羅紅、阿霉素的釋放以及熒光能量共振轉(zhuǎn)移（FRET）技術(shù)發(fā)現(xiàn)多嵌段聚合物自組裝體具有超快、可控和嵌段數(shù)依賴性的還原響應(yīng)能力和藥物釋放速率（圖4）。

圖 4. 多嵌段聚合物的還原響應(yīng)性和藥物釋放行為。

  多嵌段聚合物超快和特異性的藥物釋放行為在靶向藥物遞送方面具有較好的應(yīng)用潛力，作者通過激光共聚焦顯微鏡（CLSM）、流式細(xì)胞術(shù)及體外抗腫瘤實(shí)驗(yàn)證明了具有高還原響應(yīng)性的多嵌段聚合物具有更好的細(xì)胞內(nèi)給藥能力和抗腫瘤活性（圖5）。此工作為理解大分子自組裝行為提供了新的見解，并為具有可控結(jié)構(gòu)和功能的智能納米材料的制備提供了有價(jià)值的指導(dǎo)。

圖 5. MCF-7細(xì)胞與多嵌段共聚物自組裝體共培養(yǎng)后的流式 (a) 和CLSM圖片 (b)，(c)為細(xì)胞質(zhì)和細(xì)胞核內(nèi)DOX的平均熒光強(qiáng)度。

  以上相關(guān)成果發(fā)表于Macromolecules (DOI: 10.1021/acs.macromol.0c00374)。論文的第一作者為四川大學(xué)碩士研究生鄭毅和翁闖，共同通訊作者為丁明明教授、譚鴻教授和傅強(qiáng)教授。該項(xiàng)研究工作得到國家自然科學(xué)基金（51873118, 21474064, 51203101）、國家杰出青年科學(xué)基金（51425305）、高分子國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室項(xiàng)目和中央高校基本科研業(yè)務(wù)費(fèi)專項(xiàng)資金的資助。

  原文鏈接：https://doi.org/10.1021/acs.macromol.0c00374