荧光超分子聚合物囊泡的pH控制药物释放研究

作者及机构
本研究由浙江大学化学系高性能与新型材料化学中心的Run Zhao、Yu-Juan Zhou、Ke-Cheng Jie、Fei-He Huang团队，与英国华威大学化学系的Jie Yang、Sébastien Perrier团队合作完成，成果发表于《Chinese Journal of Polymer Science》2020年第38卷。

学术背景

研究领域与动机
该研究属于超分子化学与生物医学材料交叉领域，聚焦于开发兼具荧光示踪和药物控释功能的超分子聚合物囊泡（polymersomes）。传统荧光聚合物合成复杂，且常因聚集导致荧光猝灭（ACQ, Aggregation-Caused Quenching），限制了其应用。本研究利用柱芳烃（pillararene）与百草枯（paraquat）的主客体相互作用，结合四苯基乙烯（TPE）的聚集诱导发光效应（AIE, Aggregation-Induced Emission），设计了一种pH响应的荧光超分子载体，旨在简化合成流程并实现药物释放的可视化监控。

关键科学问题
1. 如何通过非共价作用（如主客体识别）动态构建荧光聚合物囊泡？
2. 如何利用pH响应性实现囊泡的可逆解组装与药物控释？
3. 如何通过AIE特性解决传统荧光材料的ACQ问题？

研究流程与方法

1. 材料合成与表征
- 聚合物PSPT的制备：通过自由基聚合反应合成含百草枯单元和TPE基团的聚苯乙烯衍生物（合成路线见Chart 1），经核磁共振（¹H-NMR）和凝胶渗透色谱（GPC）确认结构（分子量Mn=12.29 kDa，PDI=1.72）。
- 水溶性柱芳烃（WP5/WP6）的合成：基于团队已报道方法制备柱[5]芳烃（WP5）和柱[6]芳烃（WP6），其与百草枯的主客体复合物通过核磁验证（图S5）。

2. 超分子组装与表征
- 囊泡构建：将PSPT与WP5/WP6在水中混合，形成两亲性准聚轮烷（PR5/PR6），通过动态光散射（DLS）和透射电镜（TEM）证实其自组装为囊泡（直径80-100 nm，图1）。
- pH响应性验证：酸性条件（pH 5.5）下，柱芳烃的羧酸根质子化，主客体作用被破坏，囊泡解离为不规则聚集体（DLS显示尺寸增至500 nm，图2）；碱性条件下（pH 7.4）可逆重组。

3. 荧光性能与药物控释
- AIE效应：临界聚集浓度（CAC）测定显示，PR5/PR6在高于CAC（1.07×10⁻⁷ mol/L）时荧光显著增强（图S9），共聚焦显微镜观察到绿色荧光囊泡（图1d-e）。
- 药物负载与释放：以阿霉素（DOX）为模型药物，负载后荧光猝灭（Förster共振能量转移效应，FRET）；酸性触发释放时，荧光恢复（图3a-b）。36小时内pH 5.5下的释放效率达63-69%（图3c）。

主要结果与逻辑关联

1. 主客体复合物的可逆性：核磁数据（图S6-S7）证明WP5/WP6与百草枯的结合受pH调控，为囊泡的pH响应性奠定基础。
   
2. 囊泡的形态控制：TEM显示PR5/PR6形成中空球体（图1a-b），而单纯PSPT仅形成无规聚集体（图1c），证实柱芳烃的引入对规整结构至关重要。
   
3. 荧光-药物释放联动：DOX负载后荧光猝灭，释放时荧光恢复，实现了药物释放的实时光学监测（图3）。
   

结论与价值

科学意义
1. 提出了一种基于主客体识别的超分子策略，避免了传统荧光材料的复杂合成。
2. 通过AIE与pH响应性的结合，解决了药物载体中荧光示踪与控释协同的难题。

应用前景
- 肿瘤靶向治疗：囊泡的pH响应性适配肿瘤微酸性环境，可减少全身毒性。
- 自成像载体：荧光恢复信号可作为药物释放的直观指标，推动诊疗一体化。

研究亮点

1. 方法创新：首次将柱芳烃/百草枯主客体作用与AIE特性结合，构建动态荧光囊泡。
   
2. 技术突破：通过pH调控实现囊泡可逆组装与药物释放的同步荧光监测。
   
3. 跨学科价值：为超分子化学在生物医学中的应用提供了新范式。
   

其他价值

• 电子补充信息（ESI）中提供了详细的合成步骤、表征数据及对照实验，增强了研究的可重复性。
  
• 通过FRET效应验证了药物负载效率，为后续优化载药系统提供了依据。
  

（注：全文引用格式遵循原文，术语如“polymersomes”首次出现时标注为“聚合物囊泡”）