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含有聚氨基酸的嵌段共聚物的合成、自组装及应用
摘要
聚氨基酸（PAs）由于其在药物传递、生物材料、生物催化剂等领域应用广泛而备受关注。其中，嵌段共聚物是一种可控制备且性质调节灵活的聚合物，在PAs的合成中广泛应用。本文综述了近年来嵌段共聚物结构与性质的研究进展，并重点讨论了含有PAs的嵌段共聚物的自组装及其在生物医学领域中的应用。实践证明，含有PAs的嵌段共聚物具有优异的稳定性、低毒性、生物相容性以及载药性等特点，因此被广泛应用于生物医学领域，成为新型的生物医学材料。
关键词：聚氨基酸、嵌段共聚物、自组装、生物医学
引言
聚氨基酸是具有胺基官能团的高分子材料，由于其良好的生物相容性、透水性、透气性以及可控制理化性能等特点，在药物传递、细胞培养、生物材料、生物催化剂等领域得到了广泛的应用。然而，由于PAs分子本身的疏水性、分子量大及分子链的高度膨胀，使得其溶解度较差，难以制备具有规则结构的自组装体系。同时，PAs的溶液容易凝聚并形成大团聚体，导致其应用受到了一定的限制。
嵌段共聚物（BCPs）是能够调节物理化学性质且具有可控制合成方法的聚合物。通过改变BCPs的分子结构、化学组成以及相互作用力等因素，可以有效地调节其溶液和固态性质。因此，在修饰PAs特性及其应用方面，BCPs是使PAs聚合物具有稳定性、生物相容性，并且能够形成有序结构的理想之选。
本文综述了近年来嵌段共聚物在含有PAs聚合物的修饰中的应用，重点讨论了PAs-BCPs自组装体系的结构特性以及生物医学应用。
嵌段共聚物的结构、性质及其调控方法
BCPs由两个或多个不同的单体通过连接基团嵌段共聚而成。根据嵌段共聚物的结构，可以分为两种：嵌段共聚物和嵌段多聚物。其中，嵌段共聚物具有具有较好的相容性，因此通常用作PAs聚合物的表面修饰材料。
嵌段共聚物的性质受多种因素的影响，如嵌段结构、分子量、饱和度、线性/支化度以及相互作用力等。因此，通过调控这些因素可以实现BCPs性质的调节。
嵌段共聚物的合成方法包括原子转移自由基聚合（ATRP）、羰基化合物聚合、离子束辐射聚合等多种方法。其中，ATRP是用于BCPs合成的最常用方法。ATRP聚合是一种控制聚合，可以控制BCPs的分子量和分子结构。在ATRP聚合中，引发剂起到了一个重要的作用，用于在点睛合成中控制分子结构和分子量的增长。此外，ATRP聚合还能够实现嵌段共聚物中单体的序列控制，从而影响BCPs的相互作用以及自组装行为。
嵌段共聚物中含有聚氨基酸的设计及合成
在PAs的修饰中广泛应用的嵌段共聚物，通常是第三方单体与PAs的共聚物。例如，羧基亚硫酸盐丙烯酸酯（SSMA）和L-赖氨酸甲酯（L-LAMA）的嵌段共聚物，通过ATRP在有机相中进行控制合成，得到了可调节的PAs修饰嵌段共聚物。阳离子PAs的修饰可以通过引入带正电荷的功能单体来实现，如2-(甲基丁基)丙烯酰胺（MBAA）和3-苯基丙烯酸酯（BPA）等。但是，由于阳离子PAs对溶液环境的极端敏感性，需要进行特殊的保护措施。
PAs的修饰方式包括链末端修饰、中间修饰等多种方式。链末端修饰是指将PAs修饰在BCPs上的中心链路处，而中间修饰则可以加入PAs修饰单元作为共聚单体，使得PAs分布在BCPs的中间链路中间，从而作为链延长层的模型。PAs的修饰位置直接影响修饰后BCPs的形态学和性质。此外，BCPs中PAs修饰的分子量、含量以及链延长度等参数也对BCPs的自组装行为产生影响。
嵌段共聚物中含有聚氨基酸的自组装体系
在自组装体系中，BCPs中的疏水部分与聚集在一起，形成微颗粒或薄膜结构，而PAs的疏水性使其不存在无序聚集和微相分离现象。由于这些物质在溶液中的相互作用和排列方式可以被通过控制中心链长度、分子量及PAs含量等多个条件进行调控，因此可以进行拓扑结构的设计与调节。
嵌段共聚物中PAs修饰体系的自组装其结构具有以下三种类型：
(1)珊瑚状小颗粒结构
在此结构中，包含BCPs的有机疏水相在溶液中形成了珊瑚状的小颗粒结构，而PAs则被富集在颗粒周围的水环境中。
(2)致密球体结构
在此结构中，由于PAs链的短缩和配位作用，PAs会分布在BCPs球体的球心区域，而非疏水区域周围。
(3)盘状嵌段共聚物聚集体
在此结构中，疏水BCPs的形成由于排斥难度而形成了一种螺旋形盘状结构，而PAs也被包埋在疏水区域周围。
生物医学应用
PAs-BCPs自组装体系由于其良好的生物相容性、稳定性以及生物相容性，被广泛应用于生物医学领域。下面介绍一些具有代表性的应用情况：
(1)药物传递体系
PAs-BCPs自组装体系可以用于药物传递系统的制备。具有高度水溶性的PAs可以使药物更容易地吸附于自组装体系上，形成纳米药物。例如，PAs-BCPs自组装体系可以被用于制备积累印迹药物小分子的