側鏈含酯鍵的聚陽離子羧甲基纖維素鈉復合物納米粒子的制備：
側鏈含酯鍵的聚陽離子羧甲基纖維素鈉復合物納米粒子的制備，合成了一種新型可降解陽離子聚（氨乙酰氧乙基天冬酰胺）鹽酸鹽（PAAEA*HCl)，并由PAAEA*HCl 與羧甲基纖維素鈉（NaCMC)水溶液通過靜電相互作用得到納米級聚電解質復合物.同時，研宄了該聚電解質溶液 濃度、性質、離子強度對復合物粒徑和！-電位的影響.結果表明，在蒸餾水中，聚電解質濃度為1.0 mmol/L、電荷比 ! + /!_為2制備得到的聚電解質復合物納米粒子平均粒徑為110nm，！-電位為35mV，其溶液在4Q時可以穩定保 存一周.
聚電解質復合物（polyelectrolyte complexes， PEC)是由帶相反電荷的聚電解質分子之間通過靜 電相互作用結合而成的聚集體.在其形成過程中，氫 鍵、偶極力、疏水作用等其他次級作用力也有重要貢 獻.由于構成PEC的兩種聚電解質之間存在的靜電 相互作用遠大于分子間其他作用力，故即使在較稀 的溶液中，也能獲得具有較強作用的聚電解質復合 體系.聚電解質復合物在藥物控釋體系、基因傳遞、 細胞包封[1>5]等生物醫用領域有著廣泛的應用.羧 甲基纖維素納（sodium cauHoxymethyl cellulose，NaC¬MC ) 是一種水溶性的改性纖維素醚， 具有良好的生 物降解性和生物相容性.羧甲基纖維素鈉作為聚陰 離子可以和天然聚陽離子如甲殼胺、合成聚陽離子 如聚賴氨酸等形成聚電解質復合物納米粒子、膜或 凝膠[6>11].但是在生理條件下這些聚陽離子的降解 速率很慢或不可降解.
本文合成了一種新型陽離子聚（氨乙酰氧乙基 天冬酰胺）鹽酸鹽（PAAEA • HCl).該聚陽離子的主 鏈為聚天冬酰胺，降解較慢;側鏈含有伯氨基，同時 在伯氨基和主鏈之間引入酯鍵，預期伯氨基和主鏈 之間的酯鍵能較快降解，從而改善聚陽離子電解質 的降解性質.同時，用PAAEA*HCl與NaCMC復合得 到納米級聚電解質復合物，并研究了在不同制備條 件（如聚電解質濃度、電荷比、不同性質的溶液）下 所形成的復合物納米粒子的表面形態、粒徑、電位變 化、及穩定性.
1 實驗部分 1.1試劑與儀器
L-天冬氨酸、N，N、二環己基碳二亞胺（DCC)、 濃磷酸、濃鹽酸、濃硫酸、乙酸乙酯和羧甲基纖維素 鈉（分析純，上海化學試劑公司）；N，V-二甲基甲酰 胺（DMF )、乙醇胺經無水處理；4-二甲氨基吡啶 (DMAP)，N-叔丁氧羰甘氨酸（Aldrich公司）聚丁 二酰亞胺（PSI)的合成參考文獻.
聚合物分子量使用凝膠色譜結合光散射（DLS) 的方法測定.所用檢測器由一個DAWN DSP多角光 散射裝置（美國，Wyatt公司）和一個示差折射計組
成的雙檢測系統.凝膠色譜儀（美國，Waters公司） 色譜柱為WAT011525,以0. 15 m〇l/L NaCl溶液和 0.10 m/1/L磷酸緩沖溶液（PH =7. 4)為淋洗劑.所 用聚合物濃度為3 g/L,淋洗速度為1 mL/min.多角 光散射所用激發光波長為690.0 =m.紅外光譜使用 Spectrum one型紅外光譜儀（美國，Perkin Elmer公 司）測定.核磁共振光譜使用Mercury VX-300核磁 儀（300 MHz，美國，Varian公司）測定，聚電解質復 合物粒子的粒度及！-電位使用ZetaSizer 3000HS型 粒度分析儀（英國，Malvern公司）測定.聚電解質復 合物納米粒子的表面形貌使用JOEL TEM-100透射 電鏡（日本，JOEL公司），樣品無需染色.
1.2目標化合物的合成
聚（氨乙酰氧乙基天冬酰胺）鹽酸鹽的的合成 路線見圖1.
1.2.1目標化合物的合成
在250 mL圓底燒瓶中加入9. 15 g (150 mmol) 乙醇胺、60 mL DMF，冰浴冷卻，劇烈攪拌下緩慢滴 加50 mL含4. 85 g PSI的DMF溶液.滴加完畢后， 冰浴下反應2 h，室溫下繼續反應24 h.將反應液滴 加至劇烈攪拌的350 mL正丙醇/石油醚（！/!:1/2) 混合溶劑中，沉淀，過濾，用石油醚洗滌3次，減壓抽 干，然后用80 mL蒸餾水溶解，過濾.濾液用透析袋 在蒸餾水中透析.透析液冷凍干燥，得白色固體聚 (2-羥乙基）-L-天冬酰胺（PHEA)6. 06 ;，產率76. 7 %，重均分子量#„=2.88104，分子量分布#„/ #n =1.52.
1.2.2聚（N-叔丁氧羰氨乙酰氧乙基天冬酰胺）的 合成
在 250 mL 的 圓 底 燒 瓶 中 加 入 2. 370 g( 15 mmol)PHEA，4. 725 g ( 27 mmol ) N-叔丁氧羰甘氨 酸，60 mL DMF，100 mg ( 0. 8 mmol) 4-二甲氨基口比 啶，攪拌溶解，冰浴冷卻，劇烈攪拌下緩慢滴加15 mL 含 5. 562 g (27 mmol) DCC 的 DMF 溶液，冰浴 下反應2 h，室溫下反應24 h.過濾，將濾液滴加至劇 烈攪拌的乙醚中，沉淀，過濾.將所得固體溶于DMF 后，滴加至乙醚中沉淀，反復5次，過濾.固體經真空 干燥得聚（N-叔丁氧羰氨乙酰氧乙基天冬酰胺（P (N-Boc-AAEA))3.55 g,產率 75.1V.IR 譜圖數據 (KBr 壓片，波數/cm-1): 3 367(酰胺 N—H)，751 (酯羰基），664(酰胺I帶），1 53(酰胺"帶）；側鏈含酯鍵的聚陽離子羧甲基纖維素鈉復合物納米粒子的制備，H NMR 譜圖數據（CDCl3,300 MHz，）：4.5 ~5.0(m， 1H,CH),4.0 ~4.4 ( m,2H,CH2O),3.7 ~4.0 ( m， 2H,COCH2N),3.2 ~3.6 ( m,2H,CONHCH2 ),2.4 ~2.8 (m,2H,CH2CO),1.3 ~1.5( s,9H,3CH3). 1.2.3聚（氨乙酰氧乙基天冬酰胺）鹽酸鹽的合成 在250 mL圓底燒瓶中加入3. 481 g P( Boc- AAEA)、100 mL無水乙酸乙酯，攪拌溶解，冰浴冷卻 ，劇烈攪拌下加入75 mL飽和干燥氯化氫的乙酸乙 酯溶液，繼續反應2 h，減壓下除去乙酸乙酯.將所得 固體溶于40 %L蒸餾水，冷凍干燥，反復溶解-凍干3 次，得2.41 .白色固體聚（氨乙酰氧乙基天冬酰胺） 鹽酸鹽（PAAEA.HC1),產率86. 7%. IR譜圖數據 (KB<壓片，波數/cm-1): 434(酰胺N—H和氨基 N—H)，1 750(酯羰基），1 654(酰胺 I 帶），1 536 (酰胺"帶）-H NMR 譜圖數據（D20,300 MHz，！）: 4.5 ~4.7( m，1H，CH)，4. 1 ~4.3 ( m，2H，CH20)， 3.7 ~3.9 ( m，2H，C0CH2N )，3.2 ~3.4( m，2H， C0NHCH2)，2.4 ~2.8 ( m，2H，CH2C0)；Mw =3.30 x104，MF/Mn =1.40.
1.3聚電解質復合物的合成及表征
聚電解質復合物（PEC)的制備是通過將羧甲基 纖維素鈉溶液滴加到不斷攪拌的陽離子聚電解質溶 液中得到的.典型的操作[6]如下：邊攪拌邊將5 %L 羧甲基纖維素鈉水溶液（羧基濃度為1.0 mmjl/L) 滴加到5 %L聚（氨乙酰氧乙基天冬酰胺）鹽酸鹽水 溶液中（氨基濃度為1. 0 mm〇1/L)，繼續攪拌15 min，得到電荷比"+ /"_為1: 1的聚電解質復合物納 米粒子，直接用于粒徑、電位測定及電鏡觀察.將聚 電解質復合物溶液凍干后測定其紅外光譜.使用相 同濃度的聚陽離子溶液和聚陰離子溶液，通過控制 聚陽離子溶液和聚陰離子溶液的體積比來調節電荷 比.實驗發現當聚電解質濃度較低（1.0 ~5.0 mm〇1/ L)時，聚電解質復合物溶液澄清透明；而濃度較高 (>10 mm〇1/L)時，溶液渾濁，甚至出現沉淀.將聚 陽離子和聚陰離子分別溶解在生理鹽水、不同濃度 的葡萄糖溶液中，用于考察溶液性質對形成聚電解 質復合物的影響.
2 結果與討論
2.1聚陽離子的合成和表征
根據圖1，L-天冬氨酸在磷酸催化下熱聚合得 到聚天冬酰亞胺，然后與過量乙醇胺反應得聚（2-羥 乙基）-L-天冬酰胺.聚(2-羥乙基）-L-天冬酰胺與N+ 叔丁氧羰甘氨酸在DCC和DMAP存在下發生酯化 反應，得到聚（N-叔丁氧羰氨乙酰氧乙基天冬酰 胺）.在飽和干燥氯化氫的乙酸乙酯溶液中，側鏈含酯鍵的聚陽離子羧甲基纖維素鈉復合物納米粒子的制備，脫去叔 丁氧羰保護基，得到聚（氨乙酰氧乙基天冬酰胺）鹽 酸鹽，其結構經IR，^ NMR表征.
聚(2-羥乙基)-L-天冬酰胺、聚（氨乙酰氧乙基天 冬酰胺）鹽酸鹽的分子量及分子量分布如表1所示.
表1 PHEA、PAAEA«HCI的分子量及分子量分布
聚合物Mw/104K/!n
PHEA2.881.52
PAAEA*HC13.301.40
2.2聚陽離子、聚陰離子及聚電解質復合物的紅外 光譜
聚電解質復合物（PEC)，羧甲基纖維素鈉（PA) 和聚（氨乙酰氧乙基天冬酰胺）鹽酸鹽（PC )的紅外 光譜如圖2所示.從PC的紅外光譜中可以看到酯 鍵的特征峰1 751 cm-1( C=0 )及酰胺的特征吸 收峰 1 655 cm-1 (酰胺 I 帶），1 537 cm-1 (酰胺" 帶）和1 228 cm-1酰胺#帶）在PA的紅外光譜 中可以看到羧基的兩個特征吸收峰：614 cm-1和 1 423 cm-1.在復合物的紅外光譜中同時出現了 1 751,1 655,1 537,1 411,1 228 cm-1 吸收峰，表明 羧甲基纖維素鈉中的羧基與聚陽離子中質子化的氨 基通過靜電相互作用而生成了聚電解質復合物.
2.3影響聚電解質復合物納米粒子粒徑和！-電位 的因素
2.3.1聚電解質濃度
滴加聚陰離子溶液到聚陽離子溶液中，在不同 的電荷比（" + /"_從1到4)的條件下，考察了聚電 解質濃度對聚電解質復合物粒子的平均粒徑$ (nm )和"-電位％ ( mV )的影響，得到的結果分別見 圖3和圖4.
從圖3中可以看出，在聚電解質水溶液濃度較 低（如1.0,2.0 mmo1/L)時，所制得的聚電解質復合 物粒子粒徑較小（100 ~200 nm),但是用5.0 mmol/ L的聚電解質形成復合物粒子時，其粒徑比低濃度 時大很多（約1 000 nm).這是因為在高濃度下，高 分子鏈段的自由移動被抑制，更容易團聚在一起，從而使粒子的粒徑變大.圖4的結果表明#1 時，聚電解質復合物粒子的表面都帶有正電荷，且電 荷比越大，-電位越高，但在相同的電荷比條件下， 聚電解質的濃度對！-電位無顯著影響.
溶液性質
分別用0.9% (150 mm〇l/L)的生理鹽水,5%
葡萄糖水溶液及蒸餾水溶解聚電解質，側鏈含酯鍵的聚陽離子羧甲基纖維素鈉復合物納米粒子的制備，使其濃度為 1.0 mmol/L.然后，將聚陰離子溶液滴加到聚陽離子 溶液中，分別測定在上述3種體系中形成的納米粒 子的粒徑及！-電位.結果見圖5,.
從圖5中可以看出，在蒸餾水及5%葡萄糖溶 液中生成的粒子粒徑在100 nm左右，而在生理鹽水 中制備的聚電解質復合物粒子的粒徑為微米級 (1 600 nm左右）.在更高離子強度的溶液如0. 1 mol/L磷酸鹽緩沖溶液（PH 7. 4 )中混合則出現沉 淀，體系中離子強度的增加導致復合物粒子的粒徑 也相應增大.圖6中，在0. 9% NaCl溶液中制備的 聚電解質復合物粒子的！-電位明顯低于在蒸餾水和 5%葡萄糖溶液中制備的聚電解質復合物粒子的！- 電位值；萬方數# 1的聚電解質復合物粒子的！-電
位一直維持在10 mV左右.
2.3.3葡萄糖溶液濃度
本文還測定了在不同濃度葡萄糖溶液中形成的 聚電解質復合物的粒徑和！-電位（聚電解質的濃度 為1 mmol/L)，粒徑結果如圖7所示.結果表明，聚 電解質復合物粒子的粒徑隨葡萄糖濃度的增加（0 < 10% )而增加，但增加幅度較小，從110 nm增加至160 &m.這也是由于葡萄糖溶液濃度的增加使得纏 繞的高分子鏈段有所增加，帶電的側鏈基團的自由 運動受限制所致.在不同濃度葡萄糖溶液中形成的 聚電解質復合物的！-電位相近，說明葡萄糖濃度對 聚電解質復合物粒子電位影響不大.
2.4聚電解質復合物納米粒子的形態
使用透射電鏡觀察了由1.0 mmol/L聚陽離子 水溶液和1.0 mmol/L聚陰離子水溶液制備的"+ / 為2的聚電解質復合物納米粒子的形貌，結果見 圖8.圖8(a)為分散的PEC納米粒子，粒徑較小，為 100 &m左右；圖8 (b )為已經聚集的PEC粒子，粒徑 較大，為 200 ~250 nm.
(a>分敗的PKC納米W T
(b>聚災的PEC納米粒
圖8分散（a)和聚集（b)的聚電解質復合物 納米粒子的透射電鏡圖 8 " + /"_ 二2)
2.5聚電解質復合物納米粒子的穩定性
為了研究聚電解質復合物納米粒子的穩定性， 側鏈含酯鍵的聚陽離子羧甲基纖維素鈉復合物納米粒子的制備，在室溫下用1. 0 mmol/L聚陽離子水溶液和1. 0 mmol/L聚陰離子水溶液制備" +為2的聚電解
質復合物納米粒子，于4 :保存所制得的聚電解質 復合物懸浮液數在1.5，2. 5，19，67，145 h測其粒徑
及！-電位，發現聚電解質復合物納米粒子的粒徑和 !-電位值變化不大（粒徑在110 nm左右，而電位在 35 mV左右），說明聚電解質復合物納米粒子在4 : 時可以穩定保存一周.
3 結論
將羧甲基纖維素鈉溶液滴加到聚（氨乙酰氧乙 基天冬酰胺）鹽酸鹽溶液中，通過改變聚電解質濃 度、溶液性質等，得到不同粒徑和！-電位的聚電解質 復合物納米粒子.聚電解質濃度和溶液離子強度越 高，該復合物粒子的粒徑越大.聚電解質水溶液濃度 為1.0 mmol/L, " +為2條件下得到的聚電解質
復合物平均粒徑為110 nm，-電位為35 mV，在4 ： 時可以穩定保存一周.由于這種聚電解質復合物納 米粒子的制備條件溫和，有望用于多肽和蛋白質藥 物的控制釋放系統.
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