侧链含酯键的聚阳离子羧甲基纤维素钠复合物纳米粒子的制备：
侧链含酯键的聚阳离子羧甲基纤维素钠复合物纳米粒子的制备，合成了一种新型可降解阳离子聚（氨乙酰氧乙基天冬酰胺）盐酸盐（PAAEA*HCl)，并由PAAEA*HCl 与羧甲基纤维素钠（NaCMC)水溶液通过静电相互作用得到纳米级聚电解质复合物.同时，研宄了该聚电解质溶液 浓度、性质、离子强度对复合物粒径和！-电位的影响.结果表明，在蒸馏水中，聚电解质浓度为1.0 mmol/L、电荷比 ! + /!_为2制备得到的聚电解质复合物纳米粒子平均粒径为110nm，！-电位为35mV，其溶液在4Q时可以稳定保 存一周.
聚电解质复合物（polyelectrolyte complexes， PEC)是由带相反电荷的聚电解质分子之间通过静 电相互作用结合而成的聚集体.在其形成过程中，氢 键、偶极力、疏水作用等其他次级作用力也有重要贡 献.由于构成PEC的两种聚电解质之间存在的静电 相互作用远大于分子间其他作用力，故即使在较稀 的溶液中，也能获得具有较强作用的聚电解质复合 体系.聚电解质复合物在药物控释体系、基因传递、 细胞包封[1>5]等生物医用领域有着广泛的应用.羧 甲基纤维素纳（sodium cauHoxymethyl cellulose，NaC¬MC ) 是一种水溶性的改性纤维素醚， 具有良好的生 物降解性和生物相容性.羧甲基纤维素钠作为聚阴 离子可以和天然聚阳离子如甲壳胺、合成聚阳离子 如聚赖氨酸等形成聚电解质复合物纳米粒子、膜或 凝胶[6>11].但是在生理条件下这些聚阳离子的降解 速率很慢或不可降解.
本文合成了一种新型阳离子聚（氨乙酰氧乙基 天冬酰胺）盐酸盐（PAAEA • HCl).该聚阳离子的主 链为聚天冬酰胺，降解较慢;侧链含有伯氨基，同时 在伯氨基和主链之间引入酯键，预期伯氨基和主链 之间的酯键能较快降解，从而改善聚阳离子电解质 的降解性质.同时，用PAAEA*HCl与NaCMC复合得 到纳米级聚电解质复合物，并研究了在不同制备条 件（如聚电解质浓度、电荷比、不同性质的溶液）下 所形成的复合物纳米粒子的表面形态、粒径、电位变 化、及稳定性.
1 实验部分 1.1试剂与仪器
L-天冬氨酸、N，N、二环己基碳二亚胺（DCC)、 浓磷酸、浓盐酸、浓硫酸、乙酸乙酯和羧甲基纤维素 钠（分析纯，上海化学试剂公司）；N，V-二甲基甲酰 胺（DMF )、乙醇胺经无水处理；4-二甲氨基吡啶 (DMAP)，N-叔丁氧羰甘氨酸（Aldrich公司）聚丁 二酰亚胺（PSI)的合成参考文献.
聚合物分子量使用凝胶色谱结合光散射（DLS) 的方法测定.所用检测器由一个DAWN DSP多角光 散射装置（美国，Wyatt公司）和一个示差折射计组
成的双检测系统.凝胶色谱仪（美国，Waters公司） 色谱柱为WAT011525,以0. 15 m〇l/L NaCl溶液和 0.10 m/1/L磷酸缓冲溶液（PH =7. 4)为淋洗剂.所 用聚合物浓度为3 g/L,淋洗速度为1 mL/min.多角 光散射所用激发光波长为690.0 =m.红外光谱使用 Spectrum one型红外光谱仪（美国，Perkin Elmer公 司）测定.核磁共振光谱使用Mercury VX-300核磁 仪（300 MHz，美国，Varian公司）测定，聚电解质复 合物粒子的粒度及！-电位使用ZetaSizer 3000HS型 粒度分析仪（英国，Malvern公司）测定.聚电解质复 合物纳米粒子的表面形貌使用JOEL TEM-100透射 电镜（日本，JOEL公司），样品无需染色.
1.2目标化合物的合成
聚（氨乙酰氧乙基天冬酰胺）盐酸盐的的合成 路线见图1.
1.2.1目标化合物的合成
在250 mL圆底烧瓶中加入9. 15 g (150 mmol) 乙醇胺、60 mL DMF，冰浴冷却，剧烈搅拌下缓慢滴 加50 mL含4. 85 g PSI的DMF溶液.滴加完毕后， 冰浴下反应2 h，室温下继续反应24 h.将反应液滴 加至剧烈搅拌的350 mL正丙醇/石油醚（！/!:1/2) 混合溶剂中，沉淀，过滤，用石油醚洗涤3次，减压抽 干，然后用80 mL蒸馏水溶解，过滤.滤液用透析袋 在蒸馏水中透析.透析液冷冻干燥，得白色固体聚 (2-羟乙基）-L-天冬酰胺（PHEA)6. 06 ;，产率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 圆 底 烧 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，搅拌溶解，冰浴冷却，剧烈搅拌下缓慢滴加15 mL 含 5. 562 g (27 mmol) DCC 的 DMF 溶液，冰浴 下反应2 h，室温下反应24 h.过滤，将滤液滴加至剧 烈搅拌的乙醚中，沉淀，过滤.将所得固体溶于DMF 后，滴加至乙醚中沉淀，反复5次，过滤.固体经真空 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,产率 75.1V.IR 谱图数据 (KBr 压片，波数/cm-1): 3 367(酰胺 N—H)，751 (酯羰基），664(酰胺I带），1 53(酰胺"带）；侧链含酯键的聚阳离子羧甲基纤维素钠复合物纳米粒子的制备，H NMR 谱图数据（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）盐酸盐的合成 在250 mL圆底烧瓶中加入3. 481 g P( Boc- AAEA)、100 mL无水乙酸乙酯，搅拌溶解，冰浴冷却 ，剧烈搅拌下加入75 mL饱和干燥氯化氢的乙酸乙 酯溶液，继续反应2 h，减压下除去乙酸乙酯.将所得 固体溶于40 %L蒸馏水，冷冻干燥，反复溶解-冻干3 次，得2.41 .白色固体聚（氨乙酰氧乙基天冬酰胺） 盐酸盐（PAAEA.HC1),产率86. 7%. IR谱图数据 (KB<压片，波数/cm-1): 434(酰胺N—H和氨基 N—H)，1 750(酯羰基），1 654(酰胺 I 带），1 536 (酰胺"带）-H NMR 谱图数据（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聚电解质复合物的合成及表征
聚电解质复合物（PEC)的制备是通过将羧甲基 纤维素钠溶液滴加到不断搅拌的阳离子聚电解质溶 液中得到的.典型的操作[6]如下：边搅拌边将5 %L 羧甲基纤维素钠水溶液（羧基浓度为1.0 mmjl/L) 滴加到5 %L聚（氨乙酰氧乙基天冬酰胺）盐酸盐水 溶液中（氨基浓度为1. 0 mm〇1/L)，继续搅拌15 min，得到电荷比"+ /"_为1: 1的聚电解质复合物纳 米粒子，直接用于粒径、电位测定及电镜观察.将聚 电解质复合物溶液冻干后测定其红外光谱.使用相 同浓度的聚阳离子溶液和聚阴离子溶液，通过控制 聚阳离子溶液和聚阴离子溶液的体积比来调节电荷 比.实验发现当聚电解质浓度较低（1.0 ~5.0 mm〇1/ L)时，聚电解质复合物溶液澄清透明；而浓度较高 (>10 mm〇1/L)时，溶液浑浊，甚至出现沉淀.将聚 阳离子和聚阴离子分别溶解在生理盐水、不同浓度 的葡萄糖溶液中，用于考察溶液性质对形成聚电解 质复合物的影响.
2 结果与讨论
2.1聚阳离子的合成和表征
根据图1，L-天冬氨酸在磷酸催化下热聚合得 到聚天冬酰亚胺，然后与过量乙醇胺反应得聚（2-羟 乙基）-L-天冬酰胺.聚(2-羟乙基）-L-天冬酰胺与N+ 叔丁氧羰甘氨酸在DCC和DMAP存在下发生酯化 反应，得到聚（N-叔丁氧羰氨乙酰氧乙基天冬酰 胺）.在饱和干燥氯化氢的乙酸乙酯溶液中，侧链含酯键的聚阳离子羧甲基纤维素钠复合物纳米粒子的制备，脱去叔 丁氧羰保护基，得到聚（氨乙酰氧乙基天冬酰胺）盐 酸盐，其结构经IR，^ NMR表征.
聚(2-羟乙基)-L-天冬酰胺、聚（氨乙酰氧乙基天 冬酰胺）盐酸盐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聚阳离子、聚阴离子及聚电解质复合物的红外 光谱
聚电解质复合物（PEC)，羧甲基纤维素钠（PA) 和聚（氨乙酰氧乙基天冬酰胺）盐酸盐（PC )的红外 光谱如图2所示.从PC的红外光谱中可以看到酯 键的特征峰1 751 cm-1( C=0 )及酰胺的特征吸 收峰 1 655 cm-1 (酰胺 I 带），1 537 cm-1 (酰胺" 带）和1 228 cm-1酰胺#带）在PA的红外光谱 中可以看到羧基的两个特征吸收峰：614 cm-1和 1 423 cm-1.在复合物的红外光谱中同时出现了 1 751,1 655,1 537,1 411,1 228 cm-1 吸收峰，表明 羧甲基纤维素钠中的羧基与聚阳离子中质子化的氨 基通过静电相互作用而生成了聚电解质复合物.
2.3影响聚电解质复合物纳米粒子粒径和！-电位 的因素
2.3.1聚电解质浓度
滴加聚阴离子溶液到聚阳离子溶液中，在不同 的电荷比（" + /"_从1到4)的条件下，考察了聚电 解质浓度对聚电解质复合物粒子的平均粒径$ (nm )和"-电位％ ( mV )的影响，得到的结果分别见 图3和图4.
从图3中可以看出，在聚电解质水溶液浓度较 低（如1.0,2.0 mmo1/L)时，所制得的聚电解质复合 物粒子粒径较小（100 ~200 nm),但是用5.0 mmol/ L的聚电解质形成复合物粒子时，其粒径比低浓度 时大很多（约1 000 nm).这是因为在高浓度下，高 分子链段的自由移动被抑制，更容易团聚在一起，从而使粒子的粒径变大.图4的结果表明#1 时，聚电解质复合物粒子的表面都带有正电荷，且电 荷比越大，-电位越高，但在相同的电荷比条件下， 聚电解质的浓度对！-电位无显著影响.
溶液性质
分别用0.9% (150 mm〇l/L)的生理盐水,5%
葡萄糖水溶液及蒸馏水溶解聚电解质，侧链含酯键的聚阳离子羧甲基纤维素钠复合物纳米粒子的制备，使其浓度为 1.0 mmol/L.然后，将聚阴离子溶液滴加到聚阳离子 溶液中，分别测定在上述3种体系中形成的纳米粒 子的粒径及！-电位.结果见图5,.
从图5中可以看出，在蒸馏水及5%葡萄糖溶 液中生成的粒子粒径在100 nm左右，而在生理盐水 中制备的聚电解质复合物粒子的粒径为微米级 (1 600 nm左右）.在更高离子强度的溶液如0. 1 mol/L磷酸盐缓冲溶液（PH 7. 4 )中混合则出现沉 淀，体系中离子强度的增加导致复合物粒子的粒径 也相应增大.图6中，在0. 9% NaCl溶液中制备的 聚电解质复合物粒子的！-电位明显低于在蒸馏水和 5%葡萄糖溶液中制备的聚电解质复合物粒子的！- 电位值；万方数# 1的聚电解质复合物粒子的！-电
位一直维持在10 mV左右.
2.3.3葡萄糖溶液浓度
本文还测定了在不同浓度葡萄糖溶液中形成的 聚电解质复合物的粒径和！-电位（聚电解质的浓度 为1 mmol/L)，粒径结果如图7所示.结果表明，聚 电解质复合物粒子的粒径随葡萄糖浓度的增加（0 < 10% )而增加，但增加幅度较小，从110 nm增加至160 &m.这也是由于葡萄糖溶液浓度的增加使得缠 绕的高分子链段有所增加，带电的侧链基团的自由 运动受限制所致.在不同浓度葡萄糖溶液中形成的 聚电解质复合物的！-电位相近，说明葡萄糖浓度对 聚电解质复合物粒子电位影响不大.
2.4聚电解质复合物纳米粒子的形态
使用透射电镜观察了由1.0 mmol/L聚阳离子 水溶液和1.0 mmol/L聚阴离子水溶液制备的"+ / 为2的聚电解质复合物纳米粒子的形貌，结果见 图8.图8(a)为分散的PEC纳米粒子，粒径较小，为 100 &m左右；图8 (b )为已经聚集的PEC粒子，粒径 较大，为 200 ~250 nm.
(a>分敗的PKC纳米W T
(b>聚災的PEC纳米粒
图8分散（a)和聚集（b)的聚电解质复合物 纳米粒子的透射电镜图 8 " + /"_ 二2)
2.5聚电解质复合物纳米粒子的稳定性
为了研究聚电解质复合物纳米粒子的稳定性， 侧链含酯键的聚阳离子羧甲基纤维素钠复合物纳米粒子的制备，在室温下用1. 0 mmol/L聚阳离子水溶液和1. 0 mmol/L聚阴离子水溶液制备" +为2的聚电解
质复合物纳米粒子，于4 :保存所制得的聚电解质 复合物悬浮液数在1.5，2. 5，19，67，145 h测其粒径
及！-电位，发现聚电解质复合物纳米粒子的粒径和 !-电位值变化不大（粒径在110 nm左右，而电位在 35 mV左右），说明聚电解质复合物纳米粒子在4 : 时可以稳定保存一周.
3 结论
将羧甲基纤维素钠溶液滴加到聚（氨乙酰氧乙 基天冬酰胺）盐酸盐溶液中，通过改变聚电解质浓 度、溶液性质等，得到不同粒径和！-电位的聚电解质 复合物纳米粒子.聚电解质浓度和溶液离子强度越 高，该复合物粒子的粒径越大.聚电解质水溶液浓度 为1.0 mmol/L, " +为2条件下得到的聚电解质
复合物平均粒径为110 nm，-电位为35 mV，在4 ： 时可以稳定保存一周.由于这种聚电解质复合物纳 米粒子的制备条件温和，有望用于多肽和蛋白质药 物的控制释放系统.
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