无容器微粒：常温条件下“先刷法”合成光降解性PEG星型聚合物

以下实验的总体目标是学习如何利用开环复分解聚合反应（ROMP），并行制备一系列基于聚乙二醇（PEG）的纳米颗粒。该目标的实现分为两个步骤：首先合成合适的巨单体和交联剂；这些化合物将在第二步中决定最终纳米颗粒的性质。

通过开环易位聚合（ROMP）将大分子单体聚合，得到一批带有聚乙二醇（PEG）侧链的活性刷状聚合物。随后，将这些活性刷状聚合物转移至含有不同量交联剂的小瓶中，以启动纳米粒子的生长。该方法可制备出多种多样的纳米粒子，其摩尔质量取决于所添加交联剂的量，功能特性则由大分子单体和交联剂的结构决定。

随后可通过凝胶渗透色谱法测定摩尔质量。与现有方法（如自由基聚合）相比，该技术的主要优势在于可在台面上快速完成，并可用于聚合一系列高度官能化且具有挑战性的单体。该方法的可视化演示至关重要，因为尽管操作简单，却需要进行大量的多任务操作。

今天由我团队中的一名研究生Jenny Lu来演示该实验步骤。首先，将300毫克单胺封端的聚乙二醇3000（即聚乙二醇胺3000，PEG amine 3000）加入一个配有搅拌子的40毫升闪烁瓶中。随后，向瓶中加入3毫升无水二甲基甲酰胺（DMF），以溶解PEG胺。

搅拌并轻微加热溶液，直至所有PEG胺完全溶解。加入36毫克Norbertine NHS酯后，盖紧小瓶，并在室温下搅拌反应混合物过夜。反应结束后，取出搅拌子，向反应溶液中加入约35毫升冷的乙醚。

为了沉淀聚乙二醇大分子单体，使用布氏漏斗过滤白色絮状沉淀，并用大量乙醚充分洗涤。然后将沉淀转移至一个20毫升的闪烁瓶中，在真空条件下干燥24小时。为了去除残留的乙醚以制备催化剂A，向一个20毫升的闪烁瓶中加入500毫克第二代格拉布催化剂。

加入搅拌子，向小瓶中加入约 0.5 毫升 pur，观察溶液；颜色由红色变为绿色。继续搅拌反应片刻，直至红色完全消失，溶液变为黏稠状。

如果红色未完全消失，可根据需要加入更多嘌呤。随后，向反应小瓶中加入约 20 毫升冷戊烷，使配合物 A 沉淀析出。如有需要，可用刮勺将沉淀打碎。使用布氏漏斗过滤悬浮液，收集绿色沉淀。

然后用15毫升冷戊烷洗涤沉淀物，重复四次。将绿色固体转移至一个20毫升闪烁小瓶中，并在真空条件下干燥过夜。在一个装有搅拌子的3毫升小瓶中，精确称取65毫克聚乙二醇大分子单体。

必要时，使用静电消除枪去除样品瓶和药匙上的静电。向样品瓶中加入158 µL四氢呋喃（THF）后，立即盖紧瓶盖，以防止溶剂蒸发。将溶液搅拌并根据需要轻微加热，直至所有大分子单体完全溶解。向含有2.8 mg催化剂A的3 mL样品瓶中加入466 µL无水四氢呋喃，得到浓度为6 mg/mL的催化剂溶液。

将小瓶盖紧后，轻轻旋转摇动，使催化剂完全溶解，得到深绿色溶液。将催化剂溶液转移至注射器后，将针尖置于正在搅拌的宏观单体混合物液面之上，迅速向小瓶中加入 243 µL 该溶液。立即盖紧小瓶，并让反应混合物继续搅拌 15 分钟，以形成活性刷状引发剂。

应立即使用活化刷引发剂进行第五步操作。接下来，仔细地将3.6毫克、5.5毫克和7.3毫克已预先制备好的双硝基苯（biz norbertine, NBO）交联剂分别加入三个独立的3毫升小瓶中，每个小瓶均配有搅拌子。或者，也可在开始实验前将交联剂加入这些小瓶中。

第四步，如上所述。将活化引发剂溶液转移至注射器中。将针尖置于固体交联剂上方，向每个小瓶中加入123 µL的溶液。

立即盖紧小瓶并开启搅拌器。在室温下搅拌三个刷状臂星形聚合物（BSP）形成反应，直至反应完成。使用该特定大分子单体和交联剂时，BA 的形成反应在四小时内完成。

然而，反应放置长达24小时也不会产生不良影响。加入一滴乙烯基乙基醚以淬灭反应。稀释过滤后继续搅拌10分钟，以确保反应完全淬灭。

通过凝胶渗透色谱法（GPC）分析样品。在本研究中，PEG大分子单体B1、B2和B3由不同的PEG免疫来源制备，并比较了高效液相色谱严格纯化前后BA纳米颗粒的形成结果。此处展示了由B1、B2和B3制备的多种产物的GPC谱图，用于比较大分子单体的纯化效果。

在所有情况下，数据均表明，增加交联剂的当量会导致大分子的摩尔质量升高。如先前观察到的，10 当量的交联剂不足以获得均一的 bps。样品显示出明显的多峰 GPC 谱图，并含有大量残留的刷状聚合物，尤其是在未纯化的宏观单体情况下更为显著。

对于B1，增加交联剂的用量可得到分子量分布均匀且残余刷状聚合物极少的产物。在大分子单体中，当交联剂当量从15增加到20时，重均分子量大约翻倍。对于B3，在15和20当量的情况下，无残余大分子单体，且残余刷状聚合物少于1%。一旦掌握该技术，便可用于制备包含远多于三种粒子的库，并可实现平行操作，前提是操作得当。在进行该实验时，重要的是要始终记录每个小瓶及其所需添加的试剂准确用量，尤其是当库的规模增大时。

良好的记录和对细节的关注至关重要。通过遵循本方案，只需更换不同的大分子单体和交联剂，或使用大分子单体与交联剂的混合物，即可制备适用于药物递送、自组装和负载催化等多种不同应用的材料。