生物系统中的DNA和许多蛋白质以重复序列折叠成特定的结构并决定了生物大分子的性能。例如某些蛋白质的亲水/疏水多嵌段相分离结构会影响其生理功能。受自然界启发，多嵌段聚合物的研究有望揭示生物大分子的奥秘并为仿生纳米材料的设计提供新机遇。因此，近年来基于聚氨酯、聚酰胺、聚甲基丙烯酸酯的多嵌段聚合物受到了广泛的关注。然而，与传统两嵌段和三嵌段共聚物相比，人们对于多嵌段共聚物自组装行为的了解仍然不足。此外，目前高分子自组装形貌的调控方法大多数通过调节分子结构的亲疏水比例，且主要基于简单的AB型两嵌段共聚物和ABA型三嵌段共聚物体系，其结构多样性和化学可调性仍有待提高。

  近日，四川大学高分子科学与工程学院丁明明、谭鸿和傅强教授提出了一种新的多相驱动自组装策略，在保持聚合物亲疏水组分比例不变的情况下，通过简单改变多嵌段聚合物的嵌段数诱导聚合物自组装体的形貌从球状胶束到蠕虫状再到囊泡的转变。此外，在还原性物质作用下，该多嵌段聚合物能够通过解聚触发形貌的可逆转变（图1）。

图1.自组装调控方法示意图。（a）传统的形貌控制方法主要通过改变两嵌段或三嵌段共聚物的亲水体积分数来实现。（b）本工作报道的多相驱动自组装和和还原引发解聚诱导的形貌可逆转变。虚线表示PCL和PEG结构之间的相界面。

  作者以聚己内酯（PCL）、聚乙二醇（PEG）和胱氨酸衍生二异氰酸酯（CDI）为原料通过简单的一锅法聚合制备了一系列不同嵌段数和嵌段序列的多嵌段聚合物。其中亲疏水链段之间的胱氨酸残基赋予聚合物仿蛋白结构和较高的还原响应性。作者利用光散射、荧光光谱、透射电镜及计算机模拟等方法对多嵌段聚合物的形貌进行了相应的表征（图2），并通过二维核磁、差示扫描量热法（DSC）、X射线衍射（XRD）和小角X射线散射（SAXS）等方法阐明了多嵌段驱动形貌转变的机理（图3）。

图 2. 不同嵌段数聚合物的透射电镜图，插图为DPD模拟得到的自组装体截面图。蓝色，PCL；绿色，PEG；红色，胱氨酸残基。

图3. 多嵌段聚合物自组装体的SAXS和二维核磁谱图。

  进一步，作者研究了多嵌段聚合物的刺激响应性和药物控释行为，通过疏水性分子尼罗红、阿霉素的释放以及荧光能量共振转移（FRET）技术发现多嵌段聚合物自组装体具有超快、可控和嵌段数依赖性的还原响应能力和药物释放速率（图4）。

图 4. 多嵌段聚合物的还原响应性和药物释放行为。

  多嵌段聚合物超快和特异性的药物释放行为在靶向药物递送方面具有较好的应用潜力，作者通过激光共聚焦显微镜（CLSM）、流式细胞术及体外抗肿瘤实验证明了具有高还原响应性的多嵌段聚合物具有更好的细胞内给药能力和抗肿瘤活性（图5）。此工作为理解大分子自组装行为提供了新的见解，并为具有可控结构和功能的智能纳米材料的制备提供了有价值的指导。

图 5. MCF-7细胞与多嵌段共聚物自组装体共培养后的流式 (a) 和CLSM图片 (b)，(c)为细胞质和细胞核内DOX的平均荧光强度。

  以上相关成果发表于Macromolecules (DOI: 10.1021/acs.macromol.0c00374)。论文的第一作者为四川大学硕士研究生郑毅和翁闯，共同通讯作者为丁明明教授、谭鸿教授和傅强教授。该项研究工作得到国家自然科学基金（51873118, 21474064, 51203101）、国家杰出青年科学基金（51425305）、高分子国家重点实验室项目和中央高校基本科研业务费专项资金的资助。

  原文链接：https://doi.org/10.1021/acs.macromol.0c00374