纳米粒子
阅读：207发布：2020-05-11
专利汇可以提供纳米粒子专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本 发明 提供了一种含有核壳 纳米粒子 的组合物，所述纳米粒子包含(a)含有 聚合物 的阳离子核材料；和(b)含有 硅 石的壳材料。优选的核材料包括二嵌段共聚物胶束，所述胶束包含一段被部分或被全部季铵化的甲基 丙烯酸 二烷基 氨 基乙酯单元和一段未被季铵化的甲基丙烯酸二烷基氨基乙酯单元。本发明还提供了一种制备所述组合物的方法，所述方法包括(i)制备含有聚合物的阳离子核材料；并且(b)通过如下使含有硅石的壳包覆所述核部材料：在环境条件下采用硅石前驱体对所述聚合物进行处理。本发明还涉及一种含有 核壳纳米粒子 的组合物，这种组合物适于响应于体系pH的可控变化向所述体系中可控输送至少一种活性 试剂 。，下面是纳米粒子专利的具体信息内容。
1.一种含有核壳纳米粒子的组合物，其中，所述纳米粒子包含：
(a)含有共聚物胶束的阳离子核材料；和
(b)含有硅石的壳材料。
2.如权利要求1所述的组合物，其中，所述共聚物胶束选自二嵌段共聚物胶束。
3.如权利要求2所述的组合物，其中，所述二嵌段共聚物胶束具有含有至少一段第一聚合物的核和含有至少一段第二聚合物的冠，其中所述第二聚合物与所述第一聚合物不同。
4.如权利要求3所述的组合物，其中，所述共聚物包括第一聚合物和第二聚合物，所述第一聚合物和所述第二聚合物二者都包含以氨基为基础的(烷基)丙烯酸酯单体单元。
5.如权利要求4所述的组合物，其中，所述(烷基)丙烯酸酯单元选自丙烯酸酯单元。
6.如权利要求4所述的组合物，其中，所述共聚物选自聚[(甲基丙烯酸2-(二异丙基氨基)乙酯)-嵌段-(甲基丙烯酸2-(二甲基氨基)乙酯)](PDPA-PDMA)。
7.如权利要求6所述的组合物，其中，控制所述PDPA-PDMA共聚物的聚合度，使得至少一个PDPA嵌段的平均聚合度落在20-25的范围内。
8.如权利要求6所述的组合物，其中，控制所述PDPA-PDMA共聚物的聚合度，使得至少一个PDMA嵌段的平均聚合度落在65-70的范围内。
9.如权利要求1-8中任意一项所述的组合物，其中，所述壳材料选自硅石，所述硅石由至少一种硅石前驱体沉积在所述核材料上。
10.如权利要求1-8中任意一项所述的组合物，其中，所述纳米粒子具有300nm或更小的平均特性尺寸。
11.如权利要求10所述的组合物，其中，所述纳米粒子具有在10-100nm区域内的平均粒子尺寸。
12.如权利要求1-8中任意一项所述的组合物，其中，所述纳米粒子具有各向异性的棒状形态。
13.一种用于制备组合物的方法，所述组合物含有前述权利要求中任意一项所述的核壳纳米粒子，所述方法包括如下步骤：
(a)制备含有共聚物的阳离子核材料；并且
(b)采用含有硅石的壳包覆所述核材料。
14.如权利要求13所述的方法，其中，所述含有共聚物的阳离子核材料通过基团转移聚合以及可控自由基聚合来制备。
15.一种适于向一体系中可控输送至少一种活性试剂的组合物，所述组合物包含权利要求4-12中任意一项所述的核壳纳米粒子，其中，所述组合物适于响应于所述体系的pH的受控变化提供所述可控输送。
16.一种涂层，其包含权利要求1至12中任意一项所述的纳米粒子。
纳米粒子
[0002] 目前在学术上和工业上对纳米粒子的合成和应用的关注度不断增加，更具体地，对可能用作诸如药物的活性材料的输送载体的具有核壳结构的纳米粒子的关注度不断增加。因而，大多数现有技术专注于制备这种类型的纳米尺寸粒子。
[0003] 具体地，若干作者已经关注含有硅石的核壳纳米粒子的潜在应用，在这个背景下，注意力主要集中在合成以嵌段共聚物为模板的硅石结构以及其性质和潜在用途的研究上。而且，成核材料的存在为能够使活性材料从粒子的核以触发方式释放提供了一个重要的时机。
[0004] 已知许多生物学体系(诸如硅藻和海绵体)在环境条件下在水中发生硅石生物矿化(biomineralisation)或生物硅化(biosilicification)。而且，这种自然过程会导致多层次结构、具有精确纳米尺度控制的形态多样化以及材料科学家一直无法理解的特征。理想地，用于硅石合成的任何仿生途径将是环境友好且可控的，从而能够产生一系列的结构和形态。
[0005] 近来，一些研究成功地演示了在环境条件下形成硅石，这增强了对生物硅化的理解。
[0006] 而且，业已知道嵌段共聚物可以自组装形成较宽范围内的纳米结构，这种纳米结构可用于控制各种无机材料的形成。然而，很少报道以嵌段共聚物作为媒介形成硅石。而且，以化学上有效的方式来控制形态和结构从而制备这种粒子仍是一项严峻的挑战。 [0007] 硅石基核壳纳米粒子已经被建议用于各种生物分析应用(诸如药物输送、生物成像和生物标记)。
[0008] 在这种情况下，以前通过如下来合成粒子：通过采用 化学过程 或者通过微乳化方式，采用硅石壳包覆官能化的核。然而，这两种方法都需要使用非理想的条件，诸如高温、非生理学pH值，并且需要存在大量表面活性剂和/或有机共溶剂。 [0009] 因而，显然仍存在开发另一种纳米尺寸的粒子的余地，这种纳米粒子可以采用适宜的反应条件获得。
[0010] 根据本发明的第一方面，提供了一种含有核壳纳米粒子的组合物，其中，所述纳米粒子包含：
[0011] (a)含有聚合物的阳离子核材料；和
[0012] (b)含有硅石的壳材料。
[0013] 优选地，核材料包括共聚物胶束，更优选包括二嵌段共聚物胶束。最优选地，所述二嵌段共聚物胶束具有包含至少一段第一聚合物的核和含有至少一段第二聚合物的冠，其中，所述第二聚合物不同于所述第一聚合物。
[0014] 优选地，所述共聚物包括第一聚合物和第二聚合物，上述聚合物二者都包含以氨基为基础的(烷基)丙烯酸酯单体单元，更优选包含以叔氨基为基础的(烷基)丙烯酸酯单体，最优选包含(烷基)丙烯酸叔氨基烷酯单元。特别优选地，所述(烷基)丙烯酸酯单元包括丙烯酸酯单元，或者更具体地包括甲基丙烯酸酯单元。
[0015] 在优选的实施方式中，所述甲基丙烯酸叔氨基烷酯单元包括甲基丙烯酸二烷基氨基烷酯单元，尤其包括甲基丙烯酸二烷基氨基乙酯单元。在特别优选的实施方式中，所述共聚物包括聚[(甲基丙烯酸2-(二异丙基氨基)乙酯)-嵌段-(甲基丙烯酸2-(二甲基氨基)乙酯)](PDPA-PDMA)。
[0016] 根据本发明，所述胶束可以是基于上述聚合物的非交联胶束或壳交联(SCL)胶束。因此，尤其优选的实施方式涉及以叔胺甲基丙烯酸酯衍生的嵌段共聚物(诸如聚[(甲基丙烯酸2-(二异丙基氨基)乙酯)-嵌段-(甲基丙烯酸2-(二甲基氨基)乙酯)])为基础的非交联胶束或壳交联胶束。
[0017] 壳交联胶束的传统合成途径包括，使胶束的冠链共价稳定，但是近年来还建议采用聚离子交联。然而，未有文献报道通过生物矿化实现胶束壳交联。
[0018] 在本发明中，所述以叔氨基为基础的(烷基)丙烯酸酯共聚物的胶束的交联最适宜通过如下实现：采用双官能季铵化试剂对所述共聚物的叔氨基进行部分或全部季铵化。因而，在本发明第一方面的最优选实施方式中，聚[(甲基丙烯酸2-(二异丙基氨基)乙酯)-嵌段-(甲基丙烯酸2-(二甲基氨基)乙酯)](PDPA-PDMA)的部分交联可以通过如下来实现：采用合适的双官能季铵化试剂，例如双(卤代烷氧基)烷烃，诸如1，2-双-(碘代乙氧基)乙烷，对PDMA链进行选择性季铵化/交联。在这个最优选的实施方式中，PDPA链基本上保持未被季铵化。
[0019] 本发明还涉及类似的未被交联的季铵化衍生物，其中，季铵化通过单官能季铵化试剂，诸如通过烷基卤化物，具体通过烷基碘化物(诸如碘甲烷)来实现。然而，据信在交联材料的情况下可以提高对硅石沉积过程的控制。
[0020] 聚合物的聚合度优选被控制在规定限度内。因此，在本发明的最优选实施方式中，PDPA-PDMA共聚物的聚合度优选被控制成使得PDPA的平均聚合度落在20-25的范围内，PDMA的平均聚合度落在65-70的范围内，其中采用PDPA23-PDMA68共聚物获得特别有利的结果，所述下标表示各个嵌段的平均聚合度。在所述实施方式中，PDPA单元形成胶束的核，PDMA单元形成胶束的冠。
[0021] 优选地，所述壳材料包括硅石，其由至少一种硅石前驱体沉积在所述核部材料上。可选地，所述至少一种硅石前驱体可以包括无机硅酸盐，例如碱金属硅酸盐，诸如硅酸钠。
然而，优选的硅石前驱体包括有机硅酸酯化合物，尤其是烷基硅酸酯，诸如原硅酸四甲酯或原硅酸四乙酯。最优选地，所述硅石前驱体包括原硅酸四甲酯。业已发现所述处理使未经交联胶束中的共聚物链有效交联，从而使朝着离解的胶束稳定。
然而，优选的硅石前驱体包括有机硅酸酯化合物，尤其是烷基硅酸酯，诸如原硅酸四甲酯或原硅酸四乙酯。最优选地，所述硅石前驱体包括原硅酸四甲酯。业已发现所述处理使未经交联胶束中的共聚物链有效交联，从而使朝着离解的胶束稳定。
[0022] 优选地，所述纳米粒子具有在10-100nm范围内、更优选在20-50nm范围内、最优选在30-40nm范围内的粒子尺寸，特别优选地，所述粒子尺寸约为30nm。
[0023] 优选地，所述纳米粒子具有约300nm或更小的平均特性尺寸(average specific size)g(其中g＝1/2×(长度+宽度))。更优选地，所 述粒子具有约200nm或更小的平均尺寸。甚至更优选地，所述粒子具有约100nm或更小的平均尺寸。优选地，所述粒子具有1nm或更大的平均尺寸。更优选地，所述粒子具有约10nm或更大的平均尺寸。 [0024] 优选地，空洞的平均特性尺寸为1nm或更大，更优选为3nm或更大，甚至更优选为
6nm或更大。优选地，空洞的平均特性尺寸为100nm或更小，更优选为80nm或更小，甚至更优选为70nm或更小。
6nm或更大。优选地，空洞的平均特性尺寸为100nm或更小，更优选为80nm或更小，甚至更优选为70nm或更小。
[0025] 优选地，所述壳具有至少1nm的厚度，更优选具有至少5nm的厚度，甚至更优选具有至少10nm的厚度。优选地，所述壳具有75nm或更小的厚度，更优选具有50nm或更小的厚度，甚至更优选具有25nm或更小的厚度。
[0026] 在本发明第一方面的具体实施方式中，提供了一种含有核壳纳米粒子的组合物，其中，所述纳米粒子包含：
[0027] (a)含有共聚物胶束的阳离子核材料；和
[0028] (b)含有硅石的壳材料，
[0030] 根据本发明的第二方面，提供了一种用于制备本发明第一方面的含有核壳纳米粒子的组合物的方法，所述方法包括如下步骤：
[0031] (a)制备含有聚合物的阳离子核材料；并且
[0032] (b)采用含有硅石的壳包覆所述核材料。
[0033] 聚合物核材料可以通过任何适当的聚合技术来制备，然而，当采用诸如基团转移聚合和可控自由基聚合的方法时，获得特别有利的结果。然后，所述核材料通过用适当的硅石前驱体处理而被硅石包覆。
[0034] 根据本发明的第二方面的方法特别适于制备如下的含有核壳纳米粒子的组合物，所述组合物为本发明第一方面的更优选的实施方式和最优选的实施方式。因此，特别优选的实施方式涉及采用甲基丙烯酸叔氨基烷酯的基团转移聚合方法通过顺序添加单体来制备阳离子二嵌段共聚物。
[0035] 通过文献中报道的标准季铵化技术中的任意一种可以实现所述共聚物的全部季铵化或部分季铵化。因此，通常在适当的惰性溶剂中采用烷基卤 化物(最具体为烷基碘化物，诸如为碘甲烷)对所述以叔氨基为基础的共聚物进行处理，从而制备非交联的季铵化衍生物，而交联的季铵化共聚物通过如下获得：在适当的惰性溶剂中采用双官能季铵化试剂(诸如双(卤代烷氧基)烷烃，例如1，2-二-(碘代乙氧基)乙烷)对叔氨基共聚物进行处理。通常，所述季铵化反应通过如下实施：采用季铵化试剂在环境温度(20-30℃)下或者在接近该环境温度下，优选在约25℃下，处理叔氨基共聚物1-100小时，优选24至72小时。
[0036] 硅石的沉积通过如下实施：在温和的条件下采用适当的硅石前驱体对阳离子聚合物进行简单处理。因此，在优选的共聚物胶束的情况下，这些材料可以与硅石前驱体在5-30℃下和在6.2-9.0的pH下搅拌10-60分钟，所述硅石前驱体通常为有机硅酸酯化合物，尤其为烷基硅酸酯，诸如为原硅酸四乙酯或者最优选为原硅酸四甲酯。在典型的反应中，可以在20℃下和在pH 7.2下采用原硅酸四甲酯对PDPA-PDMA共聚物胶束处理20分钟。
在这点上，本发明的第二方面的方法具有明显优于现有方法的优点，现有技术的方法需要在低pH值下，通常在pH1下进行硅石沉积过程。
在这点上，本发明的第二方面的方法具有明显优于现有方法的优点，现有技术的方法需要在低pH值下，通常在pH1下进行硅石沉积过程。
[0037] 根据本发明的第三方面，提供了一种适于向一体系中可控输送至少一种活性试剂的组合物，所述组合物包含本发明第一方面的核壳纳米粒子，其中，所述组合物适于响应于所述体系的pH的受控变化提供所述可控输送。
[0038] 根据本发明的第四方面，提供了一种适用于向一体系可控输送至少一种活性试剂的方法，所述方法包括：将本发明第三方面的组合物引入所述体系；以受控方式改变所述体系的pH从而促进所述输送。
[0039] 所述活性试剂的优选实例包括例如药物、染料和催化剂，活性试剂可被输送到其中的适当体系包括诸如人体和动物体、涂层和化学反应器的多种多样的实例。在根据本发明的第一方面的最优选组合物(其中所述组合物包含含有以叔胺为基础的(甲基)丙烯酸烷酯单元的共聚物)的情况下，活性试剂的可控输送可以通过如下来实现：将所述组合物引入体系中，并通过添加适当的酸性试剂将体系的pH值调节至低于6。
[0040] 根据本发明的另一方面，提供了一种薄膜涂层，其包含本发明的纳米 粒子。本文所用“薄膜”指平均厚度为500nm或更小的涂层。
[0041] 根据本发明的其它方面，提供了一种含有本发明纳米粒子的光学涂层。本文所用术语“光学涂层”指光学功能为主要功能的涂层。光学涂层的实例包括那些被设计为用于抗反射、防耀眼、防眩目、抗静电、EM-控制(例如UV-控制、太阳能-控制、IR-控制、RF-控制等)功能的涂层。优选地，本发明的涂层具有抗反射功能。更优选地，本发明的涂层是这样的，当以425-675nm的波长(可见光区域)测量涂层的一侧时，最小反射约为2％或更小，优选为约1.5％或更小，更优选为约1％或更小。
[0042] 显然，为了实现本发明粒子的一些益处，可能需要从粒子中除去一些或全部核材料。这可以在制备过程中的任何适当时刻以任何适当的方式来实现。优选的方法包括例如热降解、光降解、溶剂洗涤、电子束、激光、催化分解及其组合。因此，本发明的范围涵盖了其中存在核和核已被至少部分去除的核-壳纳米粒子。
[0044] 在本发明的说明书和权利要求书中，单数也涵盖了复数，除非另有声明。具体地，在使用不定冠词的时候，该说明被理解为欲指复数和单数，除非另有声明。 [0045] 与本发明的特定方面、实施方式或实施例相关联的特征、整数、特性、化合物、化学片段或基团被理解为可应用于本文所述的任何其它方面、实施方式或实施例，除非彼此之间不能相容。
[0047] 图1示意性地示出了核壳硅石纳米粒子的形成，其通过如下得到：使用壳交联的(SCL)或非交联的阳离子嵌段共聚物胶束作为模板进行原硅酸四甲酯(TMOS)的生物矿化。两种途径都获得规整的核壳共聚物-硅石纳米粒子。如上部途径所示，使用非交联的胶束另外导致原位硅石交联。
[0048] 图2示出了共聚物-硅石纳米粒子的TEM照片：(A)直接采用非季铵化的PDPA23-PDMA68共聚物胶束作为模板合成；(B)采用部分季铵化 的共聚物胶束(相对于PDMA壳为50％)形成；(B)中的插图是将同样的粒子直接分散在酸性溶液(pH 2)中以后获得的具有代表性的高倍图片。标尺为100nm。
[0049] 图3示出了由核壳共聚物-硅石纳米粒子获得的TEM照片，核壳共聚物-硅石纳米粒子(A)通过如下制备：将2.0ml的部分季铵化的壳交联胶束[PDMA链的目标交联度为30％]的0.25w/v％水性溶液和2.0ml TMOS的混合物搅拌40分钟(上部插图示出了在共聚物组分在800℃下煅烧高温分解后具有代表性的中空硅石纳米粒子；下部插图突出了典型的核壳粒子)；核壳共聚物-硅石纳米粒子(B)采用与(A)相同的生物矿化条件利用部分季铵化的SCL胶束(PDMA链的目标交联度为50％)形成；核壳共聚物-硅石纳米粒子(C)如下形成：将2.0ml的部分季铵化的SCL胶束[PDMA链的目标交联度为30％]的0.25w/v％水性溶液、2.0ml TMOS和2.0ml甲醇的初始均相溶液搅拌40分钟；核壳共聚物-硅石纳米粒子(D)如下形成：采用与(C)相同的条件搅拌120分钟。各个图中标尺为50nm。 [0050] 图4示出了由PDPA23-PDMA68共聚物(采用碘甲烷对50％的冠部PDMA链进行季铵化)制成的核壳共聚物-硅石纳米粒子的粒子尺寸分布，其由图2B所示的TEM照片估算。
这些粒子具有28±3nm的TEM数量-平均直径，并且根据DLS测定方法判断，具有34nm的强度-平均直径。
这些粒子具有28±3nm的TEM数量-平均直径，并且根据DLS测定方法判断，具有34nm的强度-平均直径。
[0051] 图5示出了硅石纳米粒子的透射电镜照片，所述硅石纳米粒子如下得到：以季铵化的PDPA23-PDMA68共聚物(PDMA链被100％季铵化)制备的胶束作为模板，采用与利用50％季铵化的共聚物制备的胶束模板相同的生物矿化条件。在这个实例中，几乎未形成或未形成核壳共聚物-硅石纳米粒子，并且硅化显然发生在整个胶束内部。
[0052] 图6示出了在超声浴的协助下，将硅石纳米粒子(与图2B所示的粒子相同，由50％季铵化的PDPA23-PDMA68胶束形成)分散在pH为2的酸性溶液中以后的透射电镜照片。 [0053] 图7示出了如下的1H NMR谱图：(a)PDPA23-PDMA68二嵌段共聚 物(50％的PDMA嵌段被碘甲烷季铵化)在pH为2的D2O/DCl中的分子溶液(被质子化的DPA残基的四个等同的甲基产生在δ1.3-1.4处的信号G)；(b)同样的共聚物在pH为7的D2O中获得的胶束(不存在DPA残基产生的在δ1.3-1.4处的信号G，这是因为PDPA嵌段在此pH下脱质子化并且形成疏水的胶束核)；(c)在pH为2的D2O中的由PDPA23-PDMA68二嵌段共聚物胶束(50％的PDMA嵌段被季铵化)衍生的硅石包覆的纳米粒子(在δ1.3-1.4处的信号G对应于胶束核中的质子化PDPA链)；(d)在pH为7的D2O中的同样的硅石包覆的纳米粒子(在δ1.3-1.4处的信号G消失，这表明胶束核中PDPA链由于脱质子化而疏水)； [0054] 图8示出了杂化硅石纳米粒子的TEM粒子尺寸分布(如图3A所示，采用PDMA链的目标交联度为30％的SCL胶束制备)；这些核壳共聚物-硅石纳米粒子具有32±5nm的数量-平均直径，并且根据DLS测定具有35nm的强度-平均直径。
[0055] 图9示出了通过如下获得的核壳共聚物-硅石纳米粒子的透射电镜照片：将2.0ml的部分季铵化(50％PDMA壳被碘甲烷季铵化)的共聚物胶束的0.25wt％水性溶液与
58mg的TMOS(照片A、B)或与116mg的TMOS(照片C、D)的混合物在pH 7.2下、20℃下搅拌20分钟。
58mg的TMOS(照片A、B)或与116mg的TMOS(照片C、D)的混合物在pH 7.2下、20℃下搅拌20分钟。
[0056] 图10示出了通过如下获得的核壳共聚物-硅石纳米粒子的透射电镜照片：将2.0ml的部分季铵化的共聚物胶束(PDMA壳的目标交联度为50％，采用BIEE季铵化)的
0.25wt％水性溶液与58mg的TMOS(照片A、B)或与116mg的TMOS(照片C、D)的混合物在pH 7.2下、20℃下搅拌20分钟。
0.25wt％水性溶液与58mg的TMOS(照片A、B)或与116mg的TMOS(照片C、D)的混合物在pH 7.2下、20℃下搅拌20分钟。
[0057] 图11示出了利用共聚物浓度较高的PDPA23-PDMA68二嵌段共聚物胶束在硅石沉积后得到的TEM照片，其中共聚物-硅石核壳纳米粒子通过如下得到：将含有1.0ml的采用碘甲烷50％季铵化(仅对PDMA链进行季铵化)的共聚物胶束的1wt％或2wt％的水性溶液以及116mg或与232mg的TMOS的混合物在pH 7.2下、20℃下搅拌20分钟；然后采用40ml乙醇稀释该粒子，并在16000rpm下离心30分钟；最后在超声浴的协助下再分散在乙醇中。重复上述离心-再分散循环从而确保除去了过量TMOS 和未反应的硅酸低聚物。 [0058] 图12示出了采用PDPA23-PDMA68二嵌段共聚物胶束由硅石沉积工艺在沉积更长时间以后得到的共聚物-硅石核壳纳米粒子的TEM照片，其中共聚物-硅石核壳纳米粒子通过如下得到：将含有2.0ml的采用碘甲烷50％季铵化(相对于PDMA链)的共聚物胶束的
0.25wt％水性溶液与58mg TMOS的混合物在pH 7.2下、20℃下搅拌8小时；然后对所述粒子进行两个乙醇洗涤和离心循环(16000rpm，30分钟)。
0.25wt％水性溶液与58mg TMOS的混合物在pH 7.2下、20℃下搅拌8小时；然后对所述粒子进行两个乙醇洗涤和离心循环(16000rpm，30分钟)。
[0059] 图13示出了如下的FT-IR光谱：(a)前驱体PDPA23-PDMA68二嵌段共聚物；(b)在规定条件下在由PDPA23-PDMA68二嵌段共聚物得到的壳交联胶束(采用BIEE的目标交联度＝30％)上进行硅石沉积后得到的共聚物-硅石核壳纳米粒子(参见图3A)；和(c)将共聚物在800℃下煅烧高温分解后得到的中空硅石纳米粒子。共聚物-硅石核壳纳米粒子的-1 -1FT-IR光谱包含硅石网络(1080cm ，相应于Si-O伸缩的多重峰；950cm ，Si-OH振动模式；
-1 -1 -1
800cm ，Si-O-Si弯曲；470cm ，Si-O弯曲)以及共聚物(1730cm 处为羰基酯伸缩)二者的特征IR吸收带；如所预期的，在对共聚物进行煅烧后羰基吸收带消失了，这暗示了形成了中空的硅石粒子，这种可能性通过TEM研究结果证实了。
-1 -1 -1
800cm ，Si-O-Si弯曲；470cm ，Si-O弯曲)以及共聚物(1730cm 处为羰基酯伸缩)二者的特征IR吸收带；如所预期的，在对共聚物进行煅烧后羰基吸收带消失了，这暗示了形成了中空的硅石粒子，这种可能性通过TEM研究结果证实了。
[0060] 图14示出了如下的Zeta电位-pH曲线：由PDPA23-PDMA68二嵌段共聚物制备的原始SCL胶束，其中PDMA冠链的目标交联度为30％(○)；采用2.0ml的0.25wt％的SCL胶束溶液(目标交联度＝30％)和2.0ml TMOS的混合物搅拌40分钟合成的最终共聚物-硅石核壳粒子(□)。为了比较，还列出了由超细商用20nm硅石溶胶(Nyacol 2040)得到的zeta电位曲线(△)。
[0061] 图15示出了通过如下得到的Au/硅石纳米粒子的透射电镜照片：利用HAuCl4使硅石包覆胶束核中的PDPA链质子化，接着采用NaBH4进行原位还原。这个实验证实了，正如所预期的，在硅石沉积后PDPA链仍位于胶束核内。
[0062] 图16示意性地示出了基于聚(环氧乙烷)(PEO)、PDMA和PDPA的ABC三嵌段共聚物的合成，其中PEO45-PDMA29-PDPA76三嵌段共聚物利 用PEO-基大分子引发剂(PEO45-Br大分子引发剂)经由PEO45-PDMA29二嵌段共聚物通过原子转移自由基聚合方法(ATRP)进行合成。
[0063] 图17示出了PEO45-PDMA29-PDPA76三嵌段共聚物在d5-吡啶中的1HNMR光谱。 [0064] 图18示出了硅石棒的TEM照片，其中在1.0％共聚物浓度下进行硅石沉积，所得的硅石棒易于通过超声(再)分散。
[0065] 图19示出了如下的对比Zeta电位-pH曲线：由PEO45-PDMA29-PDPA76三嵌段共聚物制备的原始共聚物棒(□)；采用1.0ml 1.0wt％的共聚物胶束溶液和0.20g TMOS的混合物搅拌20分钟合成的最终硅石棒(△)。为了比较，还列出了由超细商用20nm硅石溶胶(Nyacol 2040)得到的zeta电位曲线(○)。
[0066] 采用以如下为基础的组合物获得了特别有利的结果：由叔胺甲基丙烯酸酯基嵌段共聚物衍生的选择性季铵化的非交联胶束和壳交联胶束，具体实例是：聚[(甲基丙烯酸2-(二异丙基氨基)乙酯)-嵌段-(甲基丙烯酸2-(二甲基氨基)乙酯)](PDPA-PDMA)，已证实这种材料当被用作直径小于50nm的规整共聚物-硅石纳米粒子仿生形成的模板时特别成功。含有部分季铵化的或全部季铵化的聚(甲基丙烯酸2-(二甲基氨基)乙酯))(PDMA)冠部和疏水的聚(甲基丙烯酸2-(二异丙基氨基)乙酯)(PDPA)核部的二嵌段共聚物胶束具体被用作由其水溶液在温和条件(即pH为7.2和20℃)下进行硅石沉积的纳米尺寸模板。
[0067] 采用诸如原子转移聚合或可控自由基聚合的任何适当方法，较容易合成嵌段组成和共聚物分子量在一定范围内的这类的PDPA-PDMA二嵌段共聚物。这种二嵌段共聚物在酸性溶液中由于两个多胺嵌段质子化而以分子形式溶解。在采用水性碱液调节溶液的pH的过程中，在接近中性pH时发生胶束自组装，其中脱质子化的疏水性PDPA链形成胶束核，阳离子性(质子化的)的PDMA链形成胶束冠。或者，选定的二嵌段共聚物也可以直接溶解在pH接近中性的水中从而形成规整的胶束，这取决于研究的嵌段组成和季铵化程度。 [0068] 这种类型的非交联胶束和SCL胶束二者都可以用硅石包覆，而不会损 害胶体的稳定性。在SCL胶束上的硅石沉积主要局限于阳离子性PDMA壳上，这导致核壳共聚物-硅石纳米粒子具有pH响应性的PDPA核。而且，原位硅石沉积有效稳定了未交联的PDPA-PDMA胶束，经硅石沉积的PDPA-PDMA胶束在溶液pH降低过程中保持完整，然而发现原始的PDPA-PDMA胶束在酸性溶液中离解成单根共聚物链。
[0069] 本发明的进一步的实施方式已表明，聚(环氧乙烷)-PDMA-PDEA三嵌段共聚物有利于制备高度各向异性的棒状硅石粒子。
[0070] 可以在温和条件、较高稀释度下采用1，2-双-(2-碘代乙氧基)乙烷(BIEE)作为双官能季铵化试剂容易地实现这些胶束的壳交联。BIEE选择性地对PDMA链进行季铵化，但不会与反应性更低的PDPA反应。
[0071] 图1示出了制备根据本发明的第一方面的组合物的一般途径，根据该途径将会发现共聚物胶束是否交联会使沉积的硅石壳的厚度不同。PDMA嵌段的季铵化程度也是一个重要因素。PDMA壳由于被质子化和/或被季铵化因而具有明显的阳离子性特征，所以它可以作为聚合催化剂，也可以作为硅石形成的物理支架(physical scaffold)。原硅酸四甲酯(TMOS)被用作硅石前驱体，生物矿化在20℃、接近中性pH下在水性溶液中进行。 [0072] 因而，在第一种方法中，PDPA23-PDMA68嵌段共聚物通过如下部分季铵化或全部季铵化：采用碘化甲烷在20℃、四氢呋喃中对其进行24小时处理，然后在pH 2下离解并将pH调节至7.2从而形成非交联的胶束；最后在室温、pH 7.2下将胶束用原硅酸四甲酯处理10-40分钟来进行硅石沉积，结果当使用相对较多过量的TMOS时形成了具有相对较厚硅石壳的硅石交联的纳米粒子。
[0073] 或者，胶束通过如下形成：将PDPA23-PDMA68嵌段共聚物在pH 2下离解并将pH调节至7.2，然后通过采用1，2-双-(2-碘代乙氧基)乙烷(BIEE)在20℃下对其进行72小时处理而进行的季铵化而使胶束发生壳交联；然后在室温、pH 7.2下将交联的胶束用原硅酸四甲酯处理10-40分钟来进行硅石沉积，结果当使用相对较多过量的TMOS时形成了具有相对较薄硅石壳的硅石纳米粒子。
[0074] 首先，本发明人利用直接由PDPA23-PDMA68共聚物前驱体制成的非 交联胶束作为模板实施硅石沉积。动态光散射(DLS)研究表明这些胶束模板在25℃下具有37nm的强度-平均直径。在pH 7.2下，胶束壳中的PDMA链被约50％的质子化，因而具有可观的阳离子特性。
[0075] 所述胶束的硅化通过如下实现：将2.0ml的水性胶束溶液(在pH 7.2下，0.25w/v％)与1.0ml的原硅酸四甲酯混合，然后将最初的非均相溶液在环境条件下搅拌20分钟。将由此得到的经硅石包覆的纳米粒子用乙醇进行洗涤，然后进行3个离心/再分散循环(在16000rpm下，5分钟)。随后，在超声浴的协助下实现沉淀纳米粒子的再分散。 [0076] 产物的热重分析表明，硅石纳米粒子中的二嵌段共聚物的平均含量约为15质量％。图2A示出了由这些经TMOS处理的胶束获得的典型透射电镜(TEM)图像。清楚地观察到形成了具有核壳结构的模板化的硅石纳米粒子，这是因为硅石/PDMA杂化壳比胶束核中的PDPA链电子密度要高。这种纳米粒子具有约35nm的数量-平均直径，这与前驱体胶束的直径相当一致。然而，除了形成模板化的硅石纳米粒子，在图2A中还观察到一些不规整、非模板化(non-templated)的硅石结构，这表明在这个实例中并未特别充分地控制硅石形成。理想地，应当仅在阳离子性的共聚物胶束上形成硅石，而非在本体溶液中形成硅石。 [0077] 然而，在采用季铵化的聚合物的情况下，改善了对硅石沉积的控制。采用PDMA均聚物进行初始实验，然后发现当将1.0ml的原硅酸四甲酯与1.0ml的PDMA均聚物的水溶液(DMA重复单元的浓度[DMA]＝0.064M)在pH 7.2、20℃下混合时，在连续搅拌15分钟后初始的非均相溶液变成均匀的(TMOS水解，产生硅酸从而使体系变成均相)。作为对比，对于在同样条件下的50％季铵化的PDMA均聚物和100％季铵化的PDMA均聚物，使反应溶液变成均相所需的相应时间分别为25分钟和50分钟。这暗示了，季铵化的PDMA链催化TMOS前驱体水解更缓慢因而可能更好控制。
[0078] 这些采用PDMA均聚物的实验暗示了，采用部分季铵化或完全季铵化的PDPA23-PDMA68共聚物胶束作为模板可以充分控制硅石沉积。因而，进行如下实验，该实验中，在温和条件下使用碘甲烷对DMA残基进行选 择性季铵化。正如动态光散射(DLS)所示，PDPA23-PDMA68共聚物胶束(其中50％的PDMA链被季铵化)的0.25wt％水溶液在pH 7.2下具有29的强度-平均直径。在20℃下，将原硅酸四甲酯(1.0ml)加入2.0ml的胶束水溶液，然后采用连续搅拌使硅石沉积连续进行20分钟，接着通过离心分离。 [0079] 图2B示出了所获得的经纯化的核壳共聚物-硅石纳米粒子的TEM图。清楚地观察到核壳纳米结构具有28±3nm的数量-平均直径。如图4所示，DLS研究表明强度-平均直径为34nm并且尺寸分布相对较窄。与未被季铵化的二嵌段前驱体所获得的结果相反，在这个实例中未出现非模板的硅石结构，这暗示了二次成核已被最小化。 [0080] 图5示出了采用PDMA嵌段被100％季铵化的胶束获得的TEM结果，由该结果显然可见，很少形成共聚物核或未形成共聚物核，因而证实了部分季铵化的共聚物是本发明特别优选的实施方式。然而，热重分析表明由PDMA嵌段被50％季铵化和被100％季铵化的胶束衍生得到的硅石纳米粒子中的二嵌段共聚物的平均含量分别为约18质量％和16质量％。因而，显然对PDMA链进行季铵化对于充分控制硅石沉积是有益的。而且，在相同的生物矿化条件下，这些季铵化的胶束制备的杂化纳米粒子相对于利用未被季铵化的共聚物胶束得到的纳米粒子(参见图2A)具有更厚、更规整的硅石壳。
[0081] 本发明人还确定了，这些共聚物-硅石核壳粒子的纳米结构可以通过调节用于硅石沉积的TMOS的用量进行简单地控制。因而，例如当使用少量TMOS时获得壳薄且共聚物壳较大的硅石粒子。数量-平均直径为约26nm的规整硅石粒子(参见图9A/9B)通过如下形成：将58mg TMOS与2ml的50％季铵化的共聚物胶束的0.25w/v％溶液的混合物搅拌20分钟。如表1所示，产物的热重分析表明，这些核壳共聚物-硅石粒子中的共聚物的平均含量为约28质量％，这表明，硅石的转化率为约58％。这种粒子具有远远更薄的硅石壳和更大的共聚物核。而且，在使用这样减少量TMOS的情况下，甚至将反应时间由20分钟延长至8小时，仍能保持胶体稳定性(参见图12A/12B)。图9C/9D示出了在上述合成过程中将TMOS的质量 增加至116mg获得的结果。同样，没有非模板化的硅石(例如图2B中观察到的那些)，这表明这些硅石纳米结构被有效模板化。而且，热重分析表明，这些核壳共聚物-硅石纳米粒子与图9A/9C中所示的核壳共聚物-硅石纳米离子(共聚物含量28％)相比具有较低的共聚物含量(23％)。这表明，在其它条件相同的情况下，较高的TMOS用量会导致更多硅石沉积。
[0082] TEM研究进一步证明了，生物矿化使胶束发生有效交联。如图2B(插图)和图6所示，经硅石交联的胶束在pH2下直接分散并干燥后仍保持其球形核/壳结构。在pH 2下对1
核壳共聚物-硅石纳米粒子进行 H NMR研究，结果质子化的PDPA链在δ1.3-1.4处产生信号(参见图7)。然而，当将溶液的pH增加至pH 7时，这个信号消失，因为PDPA链脱质子从而疏水。因此，这些光谱研究证实了，胶束核中的PDPA链具有pH响应性(即，它们在低pH下亲水，在高pH下疏水)，而且进一步表明了，这些新型的核壳共聚物-硅石纳米粒子在胶囊/可控释放应用中具有潜在的用途。
核壳共聚物-硅石纳米粒子进行 H NMR研究，结果质子化的PDPA链在δ1.3-1.4处产生信号(参见图7)。然而，当将溶液的pH增加至pH 7时，这个信号消失，因为PDPA链脱质子从而疏水。因此，这些光谱研究证实了，胶束核中的PDPA链具有pH响应性(即，它们在低pH下亲水，在高pH下疏水)，而且进一步表明了，这些新型的核壳共聚物-硅石纳米粒子在胶囊/可控释放应用中具有潜在的用途。
[0083] 通常，壳交联在高度稀释(通常共聚物胶束少于0.5wt％)下进行，从而避免胶束间融合(inter-micelle fusion)。然而，通过仿生硅石沉积进行的胶束交联可以在略微较高的浓度下成功进行。因此，正如图11A/11B所示，将1ml的1.0w/v％的共聚物胶束(50％的PDMA壳被季铵化)溶液与116mg TMOS混合20分钟，从而得到数量-平均直径为约26nm的规整的杂化共聚物-硅石核壳粒子。采用2.0w/v％的共聚物胶束也获得了类似尺寸的粒子(图11C/11D)。热重分析(表1)表明，图11A/11B和11C/11D中所示的共聚物-硅石核壳粒子中的共聚物的平均含量分别为约20质量％和22质量％，这表明硅石的转化率分别为87％和78％。因而，这种对SCL胶束进行硅石沉积的仿生方法显然特别高效，并且与现有技术的方法相比在如下几个方面提供了特别有利的优点：反应条件温和、反应时间短、试剂相对廉价。
[0084] 本发明人还通过如下制备了SCL胶束：利用1，2-二-(2-碘代乙氧基)乙烷对PDMA链进行选择性季铵化和交联，并且本发明人估计所述阳离子胶 束可作为硅石沉积的模板。PDMA冠链的目标交联度为30mol％。在25℃下进行的DLS研究表明，前驱体SCL胶束的强度-平均胶束直径为37nm。
[0085] 在条件与对于非交联胶束所用条件相同的情况下，利用原硅酸四甲酯进行生物矿化。图3A示出了所得硅石纳米粒子的典型TEM照片。由DLS和TEM获得的硅石纳米粒子的强度-平均直径和数量-平均直径分别为35nm和32±5nm(见图8)，这与由SCL胶束前驱体获得的数值相当一致。而且，它们的核壳结构也清楚明显。例如，图3A中下部白框中所示的硅石纳米粒子具有约14nm的PDPA核以及约11nm厚的硅石/PDMA杂化壳。如图3B所示，对目标交联度为50％的SCL胶束进行生物矿化研究得到类似的结果。与利用非交联胶束制备的硅石纳米粒子(图2A)相比，由SCL胶束前驱体得到的硅石胶束具有更大的核以及更薄的壳。另外，没有表明在分散液中有非模板化的硅石，这表明硅石沉积也是充分可控的。
[0086] 也在少量TMOS下进行硅石沉积。因而，当将2ml的0.25w/v％共聚物胶束溶液(50％的目标交联度，采用BIEE进行)与58mg的TMOS混合20分钟的过程中，硅石沉积导致团聚，并未形成胶体状稳定的分散液。TEM研究表明，形成了大小约为17nm的核壳硅石粒子以及相互连接、融合的初级粒子(图10A/10B)。热重分析(见表1)表明，共聚物的平均含量约为30质量％，这表明硅石的转化率为约50％。在相同条件下，通过使用略微过量的TMOS会大大改善硅石纳米粒子的形成。因此，将2ml的0.25w/v％共聚物胶束溶液(50％的目标交联度，采用BIEE进行)与116mg的TMOS混合20分钟，获得胶体状稳定分散液，这通过目测判断。如图10C/10D所示，得到数量-平均直径为约20nm的杂化共聚物-硅石粒子。热重分析表明，共聚物的平均含量为约24质量％，这表明硅石的转化率为约35％。 [0087] 还可以在初始均相的条件下采用SCL胶束来进行控制硅石沉积。因而，将2.0ml的0.25wt％SCL胶束溶液加入2.0ml甲醇和2.0ml原硅酸四甲酯的混合物中，其中，甲醇作为共溶剂以确保TMOS从反应开始时就与 水相混溶。在连续进行硅石沉积40分钟后，如图3C所示，所得产物的TEM研究证实按预期形成了规整的核壳共聚物-硅石纳米粒子。然而，甚至在连续处理120分钟后，仍未观察到非模板化的硅石纳米结构，如图3D所示。 [0088] 采用热重分析、FT-IR光谱和水相电泳(aqueous electrophoresis)对图3A所示的由SCL胶束衍生的核壳共聚物-硅石纳米粒子进行进一步表征。热重分析表明，共聚物-硅石粒子中共聚物的平均含量为约19质量％，同时FT-IR研究(如图13所示)证实形-1成了硅石，因为对于这些粒子在1080、950、800和470cm 处观察到吸收带(因为存在无机组分)；在生物矿化以前未在共聚物胶束的光谱中发现这些吸收带。在800℃下煅烧后，在-1
1726cm 处的特征波峰完全消失，这与共聚物的裂解相关，同时仍观察到归属于热稳定硅石的那些吸收带。
1726cm 处的特征波峰完全消失，这与共聚物的裂解相关，同时仍观察到归属于热稳定硅石的那些吸收带。
[0089] TEM研究表明，经煅烧的共聚物-硅石粒子在有机组分高温分解后变成中空的硅石粒子。如图14所示，Zeta电位测量也证实在共聚物胶束的冠层中沉积了硅石。前驱体SCL胶束(PDMA链的目标交联度为30％)在所研究的整个pH范围内具有正zeta电位(由于存在阳离子性PDMA壳)。然而，经硅石包覆的胶束在整个pH范围内具有负zeta电位，其中等电点为约3.3。后种行为与水性胶体硅石溶胶类似(见图14)，因此与被硅石覆盖层包覆的SCL胶束相符。
[0090] 本发明人还尝试在这些杂化共聚物-硅石粒子上沉积金纳米粒子。为了完成这个过程，首先采用HAuCl4对纳米粒子核内的弱碱性PDPA链进行质子化。然后，采用NaBH4作-为还原剂，将与质子化的PDPA链缔合的AuCl4 反离子原位还原成零价金纳米粒子。还原步骤后，共聚物-硅石杂化纳米粒子的颜色由白色变成酒红色，这表明形成了纳米尺寸的金溶胶。如图15所示，TEM观测结果为在共聚物-硅石纳米粒子的核内生成金溶胶提供了证据，但是也可见到硅石壳上存在一些破裂。该实验还为在杂化共聚物-硅石粒子的核内存在PDPA链提供了直接证据。
[0091] 因而，清楚地示明了能够用于封装其它物质，诸如量子点(quantumdot)或生物活性分子的潜力。事实上，由于这些杂化共聚物-硅石纳米粒 子具有规整的纳米结构，因而它们在生物标记、生物诊断、标靶药物输送、增溶、催化作用和成像中具有潜在应用，并且可以用作填料和涂层。
[0092] 在进行商业上可应用的方法时，本文可以利用的温和条件、短反应时间以及易得试剂都是明确的优点。另外，能够控制粒子的尺寸和/或性质也是有益的。 [0093] 硅石的使用在本发明材料的潜在应用中也具有特殊优点。因而，由于硅石通常被认为是“食品级”原料，所以这些新型粒子在食品制造中具有潜在的应用。 [0094] 由本发明人的工作可见，在研究过程中改变二嵌段共聚物模板的季铵化程度和壳交联程度对于在原位硅石生物矿化期间制造的硅石纳米粒子的性质具有显著影响，因为取决于共聚物胶束的确切性质可以得到固体球(没有空穴)、具有薄壳的结构化核壳球或具有厚壳的结构化核壳球。
[0095] 本发明的核壳共聚物-硅石纳米粒子略微大于现有技术的粒子(30nm对10nm)，因而这允许更大的装载能力。TEM研究清楚地表明，杂化的共聚物-硅石粒子具有核壳性质，并且这些结果已被小角X射线衍射研究(SAXS)确认了。由TEM和SAXS获得的平均壁厚完全一致。
[0096] 然而，本发明最显著的优点可能在于，所要求保护的组合物中的成核PDPA嵌段具有pH响应性，因而这为从杂化共聚物-硅石纳米粒子的核中以pH-触发方式释放疏水性活性物提供了可能性。
[0097] 业已发现ABC三嵌段共聚物已被成功地用在各向异性突出的棒状共聚物-硅石粒子的制备过程中，所得纳米棒应当允许实现零级扩散释放。图16示出了所述纳米棒的合成，其中：在氯化铜(I)的存在下，聚(环氧乙烷)-基大分子引发剂(PEO45-Br)首先与甲基丙烯酸2-(二甲基氨基)乙酯(DMA)进行反应，然后所得产物与甲基丙烯酸2-(二异丙基1
氨基)乙酯进一步反应。所得共聚物通过GPC和 H NMR表征，结果汇总在表2和图17中，
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其中三嵌段共聚物的 H NMR光谱在d5-吡啶中测定。
氨基)乙酯进一步反应。所得共聚物通过GPC和 H NMR表征，结果汇总在表2和图17中，
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其中三嵌段共聚物的 H NMR光谱在d5-吡啶中测定。
[0098] 这个共聚物被设计自组装成具有PDPA核、PEO冠和PDMA内壳的胶体状胶束聚集体。因为PDMA嵌段具有约7.0的pKa，所以在pH 7.2下对这些残基进行大致50％的质子化。从而，预计硅石沉积仅在阳离子 PDMA内壳中进行，而PEO嵌段冠赋予立体稳定性。因此，相信硅石沉积可以在相对较高的共聚物浓度下进行，而不会导致粒子融合。 [0099] 硅石沉积在1.0％的共聚物浓度下进行，从而制成各相异性的棒状共聚物-硅石粒子，这种粒子易于通过超声处理(再)分散。所得硅石棒采用TEM、热重分析、FT-IR光谱和zeta电位测量表征。图18示出了具有代表性的硅石棒的TEM照片。FT-IR研究证实形-1成了硅石并封装了聚合物，因为在1080、950、800和470cm 处观察到无机组分的吸收带，并-1
且在1726cm 处观察到硅石棒中的聚合物的羰基酯伸缩。热重分析表明这种中空硅石棒中的共聚物的平均含量为约26质量％，并且如图19所示，zeta电位测量表明硅石成功地包覆在共聚物胶束上。
且在1726cm 处观察到硅石棒中的聚合物的羰基酯伸缩。热重分析表明这种中空硅石棒中的共聚物的平均含量为约26质量％，并且如图19所示，zeta电位测量表明硅石成功地包覆在共聚物胶束上。
[0100] 现在，参照以下实施例进一步阐述本发明，但并不以任何方式限制本发明的范围。 [0101] 实施例
[0102] 实施例1
[0103] 根据Chem.Commun.1997，671-672，利用基团转移聚合方法通过顺序添加单体合成PDPA23-PDMA68二嵌段共聚物。凝胶渗透色谱分析表明，Mn为18000，Mw/Mn为1.08，利用一1
系列近似单分散的聚(甲基丙烯酸甲酯)作为标定标准。利用 H NMR光谱，估计PDPA和PDMA嵌段的平均聚合度分别为23和68。
系列近似单分散的聚(甲基丙烯酸甲酯)作为标定标准。利用 H NMR光谱，估计PDPA和PDMA嵌段的平均聚合度分别为23和68。
[0104] PDPA23-PDMA68二嵌段共聚物(季铵化程度＝0％)的非交联胶束通过如下制备：在pH 2下进行分子溶解，接着采用NaOH将溶液的pH调节至pH 7.2。在25℃下的动态光散射(DLS)研究表明，pH 7.2下的0.25wt％共聚物胶束溶液的强度-平均胶束直径为37nm。 [0105] 所述胶束的硅化通过如下实现：将2.0ml的胶束水溶液(0.25w/v％，pH 7.2下)与1.0ml原硅酸四甲酯混合，然后将初始非均相溶液在环境条件下搅拌20分钟。将由此获得的杂化核壳共聚物-硅石纳米粒子用乙醇洗涤，然后进行三次离心/再分散循环(在16000rpm下5分钟)。随后在超声浴的协助下实现沉淀的核壳共聚物-硅胶纳米粒子的再分散。
[0106] 实施例2
[0107] 如实施例1一样，利用基团转移聚合方法通过顺序添加单体合成PDPA23-PDMA68二嵌段共聚物。
[0108] 如Macromolecules 2001，34，1148-1159所示，在THF中采用碘甲烷对PDMA嵌段进行24小时的部分季铵化(目标季铵化程度为50％或100％)。
[0109] 如实施例1所述，通过pH调节，采用50％或100％季铵化的PDPA23-PDMA68二嵌段共聚物制备非交联的胶束。在pH 7.2下，DLS研究表明，50％季铵化和100％季铵化的共聚物胶束的0.25wt％水溶液的强度-平均胶束直径分别为29nm和26nm。
[0110] 在20℃下，将原硅酸四甲酯(1.0ml)加入2.0ml的PDPA23-PDMA68二嵌段共聚物的0.25wt％水溶液中，其中PDMA链被50％季铵化，然后采用连续搅拌使硅石沉积连续进行20分钟，接着通过离心分离。
[0111] 对杂化核壳共聚物-硅石纳米粒子(利用50％的季铵化共聚物前驱体获得)进行DLS研究，表明在pH约为7时，强度-平均胶束尺寸为34nm。
[0112] 实施例3
[0113] 利用基团转移聚合方法通过顺序添加单体合成PDPA23-PDMA68二嵌段共聚物，并且如实施例1所述制备PDPA23-PDMA68二嵌段共聚物的非交联胶束。
[0114] 对冠状PDMA链进行壳交联通过如下实现：将双官能季铵化试剂1，2-二-(2-碘代乙氧基)乙烷(BIEE，对于30％的目标交联度的用量为0.15摩尔/(DMA残基))加入pH为7.2的0.25％PDPA23-PDMA68共聚物胶束溶液中。壳交联在25℃下进行至少72小时。壳交联后，DLS研究表明强度-平均直径为32nm，TEM研究表明干燥SCL胶束的数量-平均直径为26nm。在将水性SCL胶束溶液调节至pH 2的过程中，DLS研究表明由于SCL胶束溶胀，强度-平均直径为45nm。
[0115] 该DLS实验还证实成功进行了壳交联，因为非交联胶束在低pH下完 全离解从而形成分子溶液，其原因在于PDPA链在低pH下被高度质子化因而不再疏水。另外，DLS表明，由50％季铵化的共聚物制备的SCL胶束在pH 7.2下具有37nm的强度-平均直径。 [0116] 硅石沉积通过如下实现：将2.0ml的0.25wt％SCL胶束溶液加入2.0ml甲醇和2.0ml原硅酸四甲酯的混合物中，其中，甲醇作为共溶剂以确保TMOS与水相混溶。在连续进行硅石沉积40分钟后，如图3C所示，所得产物的TEM研究证实形成了规整的核壳共聚物-硅石纳米粒子。然而，甚至在连续处理120分钟后，仍未观察到非模板化的硅石纳米结构，如图3D所示。
[0117] 实施例4
[0118] 利用PEO-基大分子引发剂通过原子转移自由基聚合方法通过如下步骤合成PEO45-PDMA29-PDPA76三嵌段共聚物：将大分子引发剂(1.00g，0.463mmol)加入25ml的单口烧瓶中，然后通过三次抽真空/充氮循环排气，接着添加DMA(2.18g，13.88mmol，目标DP30)、2，2′-联吡啶(144.5mg，0.925mmol)和3.2ml脱气的95/5v/v IPA/水混合物。将该溶液置于40℃的油浴中并搅拌至均匀。然后加入氯化铜(I)(45.8mg，0.463mmol)，并在连
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续搅拌的同时将该反应在40℃下氮气下进行3.5小时。这段时间后，通过 H NMR光谱测定DMA单体的转化率达到96％。
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续搅拌的同时将该反应在40℃下氮气下进行3.5小时。这段时间后，通过 H NMR光谱测定DMA单体的转化率达到96％。
[0119] 此后，加入DPA(4.94g，23.13mmol，目标DP 50)和5.0ml的95/5v/v IPA/水混合1
物。在40℃下实施第二阶段的聚合18.5小时，然后通过暴露于空气终止反应。H NMR分析表明，DPA单体的转化率达到99％。将共聚物溶液用THF(200ml)稀释，并通过硅胶柱以除去失效的催化剂。然后，在真空下浓缩共聚物溶液，并在去离子水(100ml)中沉淀固体共聚物以除去残余单体和任何未反应的PEO-PDMA二嵌段共聚物。在真空下冷冻干燥整夜以分离纯化的白色共聚物，总产量为6.1g(76％)。
物。在40℃下实施第二阶段的聚合18.5小时，然后通过暴露于空气终止反应。H NMR分析表明，DPA单体的转化率达到99％。将共聚物溶液用THF(200ml)稀释，并通过硅胶柱以除去失效的催化剂。然后，在真空下浓缩共聚物溶液，并在去离子水(100ml)中沉淀固体共聚物以除去残余单体和任何未反应的PEO-PDMA二嵌段共聚物。在真空下冷冻干燥整夜以分离纯化的白色共聚物，总产量为6.1g(76％)。
[0120] PEO45-PDMA29-PDPA76三嵌段共聚物的胶束棒通过如下制备：在pH 2下进行分子溶解，接着采用NaOH将溶液的pH调节至pH 7.2。最终共聚物的浓度为1.0wt％。 [0121] 硅石沉积通过如下实现：向1.0ml的共聚物溶液中添加过量的TMOS(0.20g；即TMOS∶共聚物的质量比为20∶1)；然后在20℃、pH 7.2下进行20分钟硅化。将由此获得的硅石棒用乙醇洗涤，然后进行三次离心/再分散循环(在13000rpm下15分钟)。 [0122]
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