为大家推荐一篇发表在JACS上的文章，Unimolecular Polypeptide Micelles via Ultrafast Polymerization of N‑Carboxyanhydrides。本文通讯作者是来自苏州大学的殷黎晨教授和来自UIUC的程建军教授。

胶束在药物递送体系有着广泛的应用，它们大多由两亲聚合物通过自组装形成球状结构，并进一步通过控制粒径、包载药物以及交联后修饰等步骤形成具有强大功能的胶束类药物。但是这类体系本身包含许多游离的聚合物，导致药物的化学稳定性、质量控制以及制备操作都会或多或少出现问题，在一些环境下会导致胶束的意外解散，从而限制了该体系在临床应用上的广泛性和有效性。

为了解决这一问题，科学家提出了单分子胶束的概念。顾名思义，单分子胶束就是由单分子高分子聚合物形成的胶束，胶束内的聚合物通过共价键相连。这一结构的优势在于极大地提高了胶束在各类环境下的稳定性，而通常采用的分步制备方法则在步骤上略显复杂，在结果上也难以对胶束的分子量及分散度进行精确控制。

基于以上科学问题，来自苏州大学的殷黎晨教授课题组和UIUC的程建军教授课题组合作开发了一种通过树形高分子引发剂引发N-羧基环内酸酐(NCA)开环聚合的简易方法，以此获得高分子量和低分散度的单分子胶束。此方法还可应用于多种NCA上，是一种简单高效、普适可控的单分子胶束制备手段，并有望在纳米医学、超分子化学及生物纳米技术等方面得到应用。

图1. 树状分子引发剂引发NCA聚合示意图

在分子的设计和合成上，作者首先选择树状分子聚酰胺-胺(polyamidoamine，PAMAM)作为大分子引发剂，谷氨酸苄酯NCA作为模型单体分子进行聚合。聚合反应在DCM溶剂中进行，产物的分子量和分散度通过SEC表征得到。结果显示，随着大分子引发剂表面{attr}3225{/attr}的变化，所得到的单分子胶束分子量能够与预期值相吻合，并且分散度较低；而采用同一引发剂改变单体比例时，也能得到预期分子量的低分散度产物，这显示了该聚合方法具有活性特征。

图2. 聚合产物分子量及分散度表征

单体转化率方面，作者通过傅里叶变换红外方法进行了跟踪观测。如图3所示，不同引发剂Gx对NCA的转化率都可以在8分钟时达到99 %以上，而当单体/引发剂投料比高达[M]₀/[I]₀ = 400时，聚合反应也可以在40分钟左右完成。在之前的研究中，作者发现PBLG能够通过其α螺旋结构产生的偶极作用对聚合产生加速效果。本工作中，作者为了验证这一机理，分别选择了BLG-NCA单体、BDG-NCA单体及消旋的BDLG-NCA单体进行引发聚合并对转化率进行监测。结果显示，BLG-NCA和BDG-NCA的转化速率都很快，且具有相似的曲线；而BDLG-NCA的转化速率则明显要慢，所得的聚合物分子量也远低于预期。以上对照实验说明，PBLG(PBDG)的α螺旋之间的相互作用是聚合反应快速且可控的必要条件。

图3. 不同手性单体聚合的单体转化情况

在对聚合产物单分子胶束的粒径表征中，作者发现由不同树状分子引发剂聚合而成的胶束粒径分布都极窄，并且大小与分子量密切相关，这说明此聚合方法可以通过控制聚合度对胶束粒径进行精确调控。冷冻电镜图像则进一步展示了胶束规整且均一的结构。

图4. 不同分子量的单分子胶束粒径及cryo-TEM图像

在成功进行了PBLG单分子胶束的制备后，作者又尝试了该方法在多种NCA单体上的推广。SEC及DLS的测试结果显示，该方法能推广到多种其他NCA上，所得到的单分子胶束在分子量、分散度及粒径上均能得到精准控制。

以上实验结果说明，通过树状分子引发剂引发NCA的开环聚合，可以得到单分子胶束。这种方法获得的单分子胶束在分子量、分散度及粒径形貌都精准可控，并且能有效改善自组装胶束在特定环境下不稳定的缺点。该体系可以推广至多种NCA的聚合反应上，应用广泛，有望在生物医用、超分子化学及纳米技术中获得更为广泛的应用。

作者：WYY   审校：XW

DOI: 10.1021/jacs.0c01173

Link: https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.0c01173