技术摘要：
本发明涉及智能高分子材料领域，涉及一种光还原自降解高分子及其制备和应用。本发明提供一种光还原自降解高分子材料，所述材料的分子结构的主链含有还原敏感基团，支链含有光敏感基团，分子结构中还含有还原剂残基；所得材料在光刺激的作用下由于光敏感基团的脱除从而  全部
背景技术：
刺激响应高分子材料在过去的几十年中引起了极大关注，它们可以接收外部环境 的刺激信号，使自身的物理状态或者化学结构发生较大变化，从而影响其物理化学性质和 功能，因而具有传感、处理和执行等功能。刺激响应型高分子材料所制备的纳米自组装体 (胶束、微球、囊泡等)或水凝胶材料在生物传感、药物释放、生物工程、化学催化等各个领域 都有着广阔的应用前景。 对于pH、氧化还原和酶等生理内源性刺激源具有响应能力的高分子纳米体系在药 物和基因递送等方面具有较高的应用价值，成为近年来材料学、生物医学和药学领域的研 究热点。然而，这些生物响应型高分子材料在生物体内的使用效果面临诸多挑战。首先，内 源性刺激源在不同个体、组织器官中呈异质分布，并随着病情的发展而不断变化，导致刺激 响应的特异性不理想。其次，由于生物体的复杂性，不同细胞和细胞器中的刺激因子水平不 平衡且始终处于动态变化的状态。此外，生物响应型材料体系与机体的持续反应可能会进 一步消耗刺激源，从而导致响应效率下降。更重要的是，大多数刺激响应高分子纳米材料的 敏感基团位于其疏水内核或被保护外壳屏蔽起来，给水分子、谷胱甘肽(GSH)、酶和其它生 物大分子的攻击带来位阻障碍。因此，设计新颖的智能材料来克服刺激响应的时空障碍具 有重要的意义。 光照作为一种常用的外源环境刺激，可避免体内生理环境的改变带来的影响，并 且具有精确地控制时间、位置和剂量、效率高等特点，相比其它类型的环境刺激具有一定的 优势。然而，现有的光敏感材料主要通过光响应基团的脱落或异构化改变高分子的亲疏水 性和分子间相互作用，从而引起自组装体的结构变化，导致其药物释放效率较低。而主链光 降解型高分子则需要在聚合物主链中引入大量的光敏感基团才能够实现主链完全降解，对 基体的物理化学性质和生物相容性产生较大影响，也限制了光敏感高分子的种类。另一方 面，现有的光敏感高分子材料主要依赖外源性刺激，无法根据生物体内的刺激水平做出调 整和协同响应，因此智能性和响应效率有待提高。
技术实现要素：
本发明的目的是针对已有技术存在的问题，提供一种光还原自降解高分子材料， 将刺激源和还原敏感基团共同引入高分子结构中，并在高分子的支链上引入用于屏蔽刺激 源的光敏感基团，从而得到了一种光还原自降解材料；该光还原自降解高分子材料在正常 还原性生理环境中能够响应细胞内水平的GSH实现主链的断裂；而在缺乏还原剂的情况下， 该聚合物可以在光照条件原位释放还原基团，同样能够实现主链的还原自降解。 本发明的技术方案： 5 CN 111592634 A 说　明　书 2/13 页 本发明要解决的第一个技术问题是提供一种光还原自降解高分子材料，所述光还 原自降解高分子材料的分子结构的主链含有还原敏感基团，支链含有光敏感基团，并且其 分子结构中还含有还原剂残基；所述光还原自降解高分子材料在外部光刺激的作用下由于 光敏感基团的脱除从而激活了还原剂残基，还原剂残基进一步与主链上的还原敏感基团发 生反应使得所述高分子材料的主链断裂，进而实现了所述高分子材料的还原降解。 进一步，所述光敏感基团选自下述结构式中一种： 式中，R1为氢原子或任意取代基，R2和R3为氢原子或烷氧基，R2和R3可以相同，也可 以不同；虚线表示和还原剂残基的连接位置。 进一步，所述还原剂残基指：还原剂在参与光还原自降解高分子材料分子结构的 形成过程中，除参与反应的基团外，还原剂的剩余结构即为还原剂残基。 进一步，所述还原剂残基中的还原剂为二硫苏糖醇(DTT)、二硫赤藓醇(DTE)或谷 胱甘肽(GSH)。 进一步，所述还原敏感基团为二硫基或二硒基。 本发明要解决的第二个技术问题是提供上述光还原自降解高分子材料的制备方 法，所述制备方法为：先将还原剂与含光敏感基团的物质反应得中间体，所得中间体及其衍 生物(中间体或中间体衍生物)再与含还原敏感基团的物质反应即得光还原自降解高分子 材料。 进一步，上述方法中，所述还原剂为二硫苏糖醇(DTT)、二硫赤藓醇(DTE)或谷胱甘 肽(GSH)。 进一步，上述方法中，所述含光敏感基团的物质选自下述化合物中的一种： 6 CN 111592634 A 说　明　书 3/13 页 式中，R1为氢原子或任意取代基，R2和R3为氢原子或烷氧基，其中R2和R3可以相同， 也可以不同；X为卤原子。 进一步，上述方法中，所述含还原敏感基团的物质为：含二硫基或二硒基的二元 醇、二元胺、二元酸、二异氰酸酯或二酰卤化合物。 更进一步，所述含有还原性敏感基团的物质为：二硫二乙醇、二硫二丙醇、二硫二 乙酸、二硫二丙酸、胱胺、二硫二丙胺、二硫代二苯胺、胱胺二异氰酸酯、二硫二丙基二异氰 酸酯、胱氨酸二甲酯二异氰酸酯、胱氨酸二乙酯二异氰酸酯、高胱氨酸二甲酯二异氰酸酯、 高胱氨酸二乙酯二异氰酸酯、胱氨酸二甲酯、胱氨酸二乙酯、高胱氨酸二甲酯、高胱氨酸二 乙酯、二叔丁氧羰基胱氨酸、二硫二苯甲酰氯、二硫二乙酰氯、二硒二乙醇、二硒二丙醇、二 硒二乙酸、二硒二丙酸、硒代胱胺、二硒二丙胺、二硒代二苯胺、硒代胱胺二异氰酸酯、二硒 二丙基二异氰酸酯、硒代胱氨酸二甲酯二异氰酸酯、硒代胱氨酸二乙酯二异氰酸酯、硒代高 胱氨酸二甲酯二异氰酸酯、硒代高胱氨酸二乙酯二异氰酸酯、硒代胱氨酸二甲酯、硒代胱氨 酸二乙酯、硒代高胱氨酸二甲酯、硒代高胱氨酸二乙酯、二叔丁氧羰基硒代胱氨酸、二硫二 苯甲酰氯或二硒二乙酰氯中的一种。 进一步，上述方法中，还原剂与含光敏感基团的物质通过取代反应得中间体。 进一步，上述方法中，中间体及其衍生物再与含还原敏感基团的物质通过加聚、缩 聚或偶联反应得光还原自降解高分子材料。 本发明要解决的第三个技术问题是一种药物载体，所述药物载体是上述光还原自 降解高分子材料与聚乙二醇及其衍生物通过缩聚、加聚或偶联反应制得的光还原自降解高 分子材料/聚乙二醇组合物。 本发明要解决的第四个技术问题是提供上述光还原自降解高分子材料的用途，其 用于自组装、生物传感或药物控释中。 本发明要解决的第五个技术问题是提高还原敏感材料响应效率的方法，所述方法 为：在还原敏感材料的分子结构中引入还原剂残基，支链上引入光敏感基团；当所述还原敏 感材料在光刺激的作用下，由于光敏感基团的脱除从而激活了还原剂残基，还原剂残基进 一步与主链上的还原敏感基团发生反应使得所述还原敏感材料的主链断裂，进而实现了还 原敏感材料的还原降解。 进一步，上述提高还原敏感材料响应效率的方法中，所述光敏感基团选自下述结 构式中一种： 7 CN 111592634 A 说　明　书 4/13 页 式中，R1为氢原子或任意取代基，R2和R3为氢原子或烷氧基，其中R2和R3可以相同， 也可以不同；虚线表示和还原剂残基的连接位置。 进一步，上述提高还原敏感材料响应效率的方法中，所述还原剂残基指：还原剂在 参与光还原自降解高分子材料分子结构的形成过程中，除参与反应的基团外，还原剂的剩 余结构即为还原剂残基。 进一步，所述还原剂残基中的还原剂为二硫苏糖醇(DTT)、二硫赤藓醇(DTE)或谷 胱甘肽(GSH)。 进一步，所述还原敏感材料为：含二硫基或二硒基的二元醇、二元胺、二元酸、二异 氰酸酯或二酰卤化合物。 进一步，所述提高还原敏感材料响应效率的具体方法为：先采用还原剂与含光敏 感基团的物质反应得中间体，再将中间体及其衍生物(中间体或中间体衍生物)与含还原敏 感基团的物质反应即可。 进一步，上述提高还原敏感材料响应效率的方法中，所述还原剂为二硫苏糖醇 (DTT)、二硫赤藓醇(DTE)或谷胱甘肽(GSH)。 进一步，上述提高还原敏感材料响应效率的方法中，所述含光敏感基团的物质选 自下述化合物中的一种： 式中，R1为氢原子或任意取代基，R2和R3为氢原子或烷氧基，其中R2和R3可以相同， 也可以不同；X为卤原子。 进一步，上述提高还原敏感材料响应效率的方法中，所述含还原敏感基团的物质 8 CN 111592634 A 说　明　书 5/13 页 为：含二硫基或二硒基的二元醇、二元胺、二元酸、二异氰酸酯或二酰卤化合物。 更进一步，所述含有还原性敏感基团的物质为：二硫二乙醇、二硫二丙醇、二硫二 乙酸、二硫二丙酸、胱胺、二硫二丙胺、二硫代二苯胺、胱胺二异氰酸酯、二硫二丙基二异氰 酸酯、胱氨酸二甲酯二异氰酸酯、胱氨酸二乙酯二异氰酸酯、高胱氨酸二甲酯二异氰酸酯、 高胱氨酸二乙酯二异氰酸酯、胱氨酸二甲酯、胱氨酸二乙酯、高胱氨酸二甲酯、高胱氨酸二 乙酯、二叔丁氧羰基胱氨酸、二硫二苯甲酰氯、二硫二乙酰氯、二硒二乙醇、二硒二丙醇、二 硒二乙酸、二硒二丙酸、硒代胱胺、二硒二丙胺、二硒代二苯胺、硒代胱胺二异氰酸酯、二硒 二丙基二异氰酸酯、硒代胱氨酸二甲酯二异氰酸酯、硒代胱氨酸二乙酯二异氰酸酯、硒代高 胱氨酸二甲酯二异氰酸酯、硒代高胱氨酸二乙酯二异氰酸酯、硒代胱氨酸二甲酯、硒代胱氨 酸二乙酯、硒代高胱氨酸二甲酯、硒代高胱氨酸二乙酯、二叔丁氧羰基硒代胱氨酸、二硫二 苯甲酰氯或二硒二乙酰氯中的一种。 进一步，上述提高还原敏感材料响应效率的方法中，还原剂与含光敏感基团的物 质通过取代反应得中间体。 进一步，上述提高还原敏感材料响应效率的方法中，中间体及其衍生物与含还原 敏感基团的物质进行加聚、缩聚或偶联反应。 本发明的有益效果： 本发明与已有技术相比，具有以下优点： (1)本发明提供一种光还原自降解材料，其分子结构中含有刺激源和还原敏感基 团，支链上含有用于屏蔽刺激源的光敏感基团；从而使所得光还原自降解高分子材料在正 常还原性生理环境中能够响应细胞内水平的GSH实现主链的断裂；而在缺乏还原剂的情况 下，该聚合物可以在光照条件下原位产生刺激源，同样能够实现主链的还原自降解。从而解 决了定时定点、按需响应，并且克服了刺激响应的位阻障碍、渗透障碍和浓度障碍等问题， 获得比传统还原敏感和光敏感材料更高的响应效率，而且需要的刺激源浓度远低于外加还 原剂。 (2)本发明的光还原自降解高分子材料在侧链上引入光敏基团，由于光敏感基团 在侧链，但能实现主链降解，避免传统光降解高分子需要在主链引入复杂的光降解基团，因 此该方法更容易拓展到其他高分子体系。 (3)本发明提供的还原敏感材料能够光还原降解成小分子物质，具有较高的生物 相容性，易于被生物体清除和代谢。 (4)本发明提供的还原敏感材料可以作为智能响应嵌段引入到各种环境敏感高分 子体系中。 (5)本发明提供的还原敏感材料可以广泛应用于生物传感、自组装、药物控释等生 物医学领域和工业领域。 本发明将光敏基团引入到还原敏感材料中，实现了将光敏剂保护的刺激源和还原 敏感基团共同引入高分子链中，该还原敏感高分子材料在正常还原性生理环境中能够响应 细胞内水平的GSH实现主链的断裂；而在缺乏还原剂的情况下，该聚合物可以在光照条件释 放还原基团，同样能够实现主链的还原自降解；可见，本发明的还原敏感高分子材料能够有 效克服刺激响应的时间障碍、浓度障碍和空间障碍，协同整合内源性和外源性刺激，极大提 高分子材料的智能型和响应效率，在自组装、生物传感、药物递送、疾病诊断及治疗等领域 9 CN 111592634 A 说　明　书 6/13 页 具有较好的应用潜力。 附图说明 图1为实施例1制备的光还原自降解高分子1涂覆的溴化钾盐片于紫外光照前后的 照片，左边为光照前，右边为光照后。 图2为实施例1制备的光还原自降解高分子1分别于紫外光照不同时间的FTIR图 谱：a-0min，b-15min，c-30min，d-60min，e-120min。 图3为实施例1制备的光还原自降解高分子1的溶液于光照不同时间点的紫外吸收 光谱曲线，其中右上角的图显示307nm处吸光度随时间的变化曲线。 图4为实施例11制备的光还原自降解高分子11的自组装体的粒径分布图。 图5为实施例11制备的光还原自降解高分子11的自组装体的透射电镜图。 图6为实施例11制备的光还原自降解高分子11随紫外光照不同时间下的FTIR光谱 图：a-0min，b-15min，c-30min，d-60min，e-120min。 图7为实施例11制备的光还原自降解高分子11的氘代二甲基亚砜溶液光照不同时 间下的照片：a-0min，b-15min，c-30min，d-60min，e-120min。。 图8为实施例11制备的光还原自降解高分子11光照不同时间的核磁氢谱图：a- 0min，b-15min，c-30min，d-60min，e-120min；右图为局部放大谱图。 图9为实施例11制备的光还原自降解高分子11光还原降解前(a)和光还原降解后 (b)的GPC谱图，c曲线为聚乙二醇单甲醚单体的GPC曲线。 图10为实施例11制备的光还原自降解高分子11光还原降解产物的质谱图。 图11(A)为实施例11制备的光还原自降解高分子11的溶液在紫外光照不同时间点 的紫外吸收光谱图，图11(B)为实施例11制备的光还原自降解高分子11自组装体在紫外光 照不同时间点的紫外吸收光谱图；图中右上角的曲线为307nm处吸光度随时间的变化曲线。 图12为实施例11制备的光还原自降解高分子11的自组装体光照后的透射电镜照 片。 图13为不同的光敏感高分子自组装体包载尼罗红后，在紫外光照不同时间的荧光 光谱图：其中图13A为实施例11制备的光还原自降解高分子11自组装体；图13B为对比例1制 备的常规光敏感高分子自组装体；图13C为实施例11制备的光还原自降解高分子11自组装 体在外加10mM  DTT条件下的荧光光谱图；图13D为三种不同自组装体荧光光谱图中633nm处 荧光强度随时间的变化的归一化曲线，其中的a、b和c分别对应于上述A、B和C中的样品。 图14为实施例11制备的光还原自降解高分子11自组装体包载DOX后，于不同条件 下的PBS缓冲液中的药物释放曲线：a-不光照，b-光照，c-外加10mM  GSH。 图15为实施例11制备的光还原自降解高分子11自组装体包载DOX后，经过不同处 理后的照片：(A)处理前，(B)加10mM  GSH，(C)紫外光照，(D)未载药的空白自组装体。 图16为实施例11制备的光还原自降解高分子11自组装体包载DOX和Cy5后，紫外光 照不同时间的荧光光谱图(激发波长为480nm)：a-0min，b-15min，c-30min，d-60min，e- 120min。 图17为实施例11制备的光还原自降解高分子11自组装体包载DOX和Cy5后，在紫外 光照(a)和外加10mM  DTT条件下(b)FRET下降效率随时间变化的曲线图。 10 CN 111592634 A 说　明　书 7/13 页 图18为实施例11制备的光还原自降解高分子11自组装体包载DOX后，与MCF-7肿瘤 细胞共同培养4小时后，肿瘤细胞的CLSM照片；其中红色为DOX，蓝色为DAPI染色的细胞核。 图19为实施例11制备的光还原自降解高分子11自组装体包载DOX和Cy5后，与MCF- 7肿瘤细胞共同培养1小时(a)，然后光照4分钟(c)或不光照(b)，再继续培养3小时后的CLSM 照片；其中红色为DOX，绿色为Cy5，黄色为FRET荧光，蓝色为DAPI染色的细胞核。 图20为实施例11制备的光还原自降解高分子11自组装体包载DOX后，稀释不同的 倍数并与MCF-7肿瘤细胞共同培养48小时，使用MTT法测得的细胞成活率，其中a-不光照，b- 光照4分钟，c-为自由DOX对照。 图21为实施例11制备的光还原自降解高分子11自组装体稀释不同的倍数并与 MCF-7肿瘤细胞共同培养48小时，使用MTT法测得的细胞成活率，其中a-光照4分钟，b-不光 照。