新的合成方法产生可降解的聚合物

麻省理工学院的化学家们发明了一种合成聚合物的方法，这种聚合物在体内和环境中更容易分解。

一种被称为开环转位聚合的化学反应，或称ROMP，可以方便地用于构建各种用途的新型聚合物，如纳米制造、高性能树脂，以及药物或显影剂的传递。然而，这种合成方法的一个缺点是产生的聚合物在自然环境中不会自然分解，例如在体内。

麻省理工学院的研究小组提出了一种方法，通过在聚合物的主干上添加一种新型的建筑材料，使这些聚合物更容易降解。这种新的建筑材料，或单体，形成化学键，可以被弱酸、碱和离子如氟化物分解。

“我们相信，这是第一种在生物相关条件下容易降解的可卷曲聚合物的一般生产方法，”麻省理工学院(MIT)化学副教授、该研究的资深作者耶利米·约翰逊(Jeremiah Johnson)说。“好的方面是它使用标准的ROMP工作流程;你只需要在新的单体上洒一些，这样就很方便了。”

研究人员说，这种材料可以用于聚合物的多种用途，不仅包括医学应用，还包括工业聚合物的合成，后者在使用后分解得更快。

这篇论文发表在今天的《自然化学》杂志上，其主要作者是麻省理工学院博士后Peyton Shieh。博士后Hung VanThanh Nguyen也是该研究的作者之一。

强大的聚合

由聚苯胺生成的聚合物最常见的组成部分是一种叫做降冰片烯的分子，它含有一种环状结构，可以很容易地打开并串在一起形成聚合物。在聚合反应发生之前，可以将药物或显影剂等分子添加到降冰片烯中。

Johnson的实验室已经使用这种合成方法制造了许多不同结构的聚合物，包括线性聚合物、瓶刷聚合物和星形聚合物。这些新材料可用于同时运送许多癌症药物，或携带用于磁共振成像(MRI)和其他类型成像的显像剂。

“这是一个非常强劲和强大的聚合反应，”约翰逊说。“但其中一个大的缺点是，产生的聚合物的主干完全由碳-碳键组成，因此，聚合物不容易降解。”当我们考虑为生物材料空间制造聚合物时，这一直是我们头脑深处的想法。”

为了解决这个问题，约翰逊的实验室专注于开发直径约10纳米的小型聚合物，这种聚合物比大颗粒更容易从体内清除。其他化学家试图用除去冰片烯以外的其他材料来降解聚合物，但这些材料的聚合效率不高。附着药物或其他分子也更困难，而且它们通常需要苛刻的条件才能降解。

“我们倾向于继续使用降冰片烯作为分子，使我们能够聚合这些复杂的单体，”约翰逊说。“我们的梦想是找到另一种单体，并将其作为共单体加入到已经使用去冰片烯的聚合反应中。”

研究人员通过Shieh在另一个项目上的工作找到了一个可能的解决方案。当他合成了一种与降冰片烯相似但含有氧-硅-氧键的含环分子时，他正在寻找从聚合物中释放药物的新方法。研究人员发现，这种被称为“硅醚”的环也可以被打开，并通过ROMP反应进行聚合，从而生成更容易降解的氧-硅-氧键聚合物。因此，研究人员决定将其用于药物释放，而不是用于药物释放。

他们发现，通过简单地将硅醚单体与去冰片烯单体以1:1的比例加入，他们可以创造出与之前类似的聚合物结构，新的单体在整个主链中均匀地结合。但现在，当暴露在略酸性的pH值(约6.5)下时，聚合物链开始断裂。

“很简单，”约翰逊说。“这是一种单体，我们可以添加到广泛使用的聚合物，使它们可降解。但尽管如此简单，这种方法的例子却少得惊人。”

快崩溃

在老鼠身上进行的试验中，研究人员发现，在最初的一两周内，可降解聚合物在体内的分布与原来的聚合物相同，但它们很快就开始分解。六周后，新聚合物在体内的浓度比原聚合物的浓度低了三到十倍，这取决于研究人员使用的硅醚单体的确切化学成分。

研究结果表明，将这种单体添加到聚合物中进行药物传递或成像可以帮助它们更快地从体内清除。

Johnson说:“我们对利用这项技术精确调节生物组织中以树脂为基础的聚合物的分解的前景感到兴奋，我们相信这可以用来控制生物分布、药物释放动力学和许多其他特征。”

研究人员还开始在工业树脂中添加新的单体，如塑料或粘合剂。他们相信将这些单体加入到工业聚合物的生产过程中是经济可行的，可以使它们更容易降解，他们正在与millipur – sigma公司合作，将这类单体商业化，使它们可以用于研究。

这项研究由美国国立卫生研究院(National Institutes of Health)、美国癌症协会(American Cancer Society)和美国国家科学基金会(National Science Foundation)资助。