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聚类肽(polypeptoids)是一类主链为聚甘氨酸,氮原子上含有不同取代基的生物材料。聚类肽的结构与聚肽(polypeptides)十分相似,但是它不存在分子链内与分子链间的氢键作用,因此聚类肽具有许多区别于聚肽的优异性质。由于合成上的挑战性,以及在生物医药领域巨大的应用前景,聚类肽受到越来越多的关注。N-取代甘氨酸NTA(N-substituted glycine N-thiocarboxyanhydride, R-NTA)是一类可用于制备聚类肽的单体。相比于对应的NCA单体(N-carboxy anhydride), NTA单体对水和热不敏感,合成和提纯过程中不需要严格的无水无氧条件,在敞口环境中即可完成,这使得它具备大规模生产的潜力。然而,由于NTA的低反应活性,通过R-NTA制备高分子量聚类肽仍然是一项非常具有挑战性的课题。本文中,我们合成了两种单体,肌氨酸NTA (Sarcosine NTA, Sar-NTA,也称作N-甲基甘氨酸NTA)和N-丁基甘氨酸NTA (N-butylglycine NTA, NBG-NTA),用于NTA开环聚合的研究。其中,NBG-NTA是我们首次合成并详细表征的全新单体。由于合成方法简便、保质期长,R-NTA单体适合作为商业化产品用于制备聚类肽材料。本文采用聚(乙二醇)胺(PEG-NH2)引发Sar-NTA在THF中开环聚合制备聚醚-聚类肽嵌段共聚物,聚合产率高(>90%),产物分子量分布窄(D<1.2)。聚肌氨酸(PSar)嵌段的长度可以通过Sar-NTA与引发剂的投料比调节。产物聚乙二醇-b-聚肌氨酸(PEG-b-PSar)是一种双亲水嵌段共聚物。由于PEG和PSar在有机溶剂中的溶解性存在差异,PEG-b-PSar可以作为乳化剂,有效地制备稳定的纳米和微米尺寸的水包油乳液。PEG-b-PSar是完全无毒的,两个嵌段都是生物相容和可降解的,有望成为一种新型的环境响应型表面活性剂,应用于食物和医药领域。PEG-b-PSar可以在特定的有机溶剂(如二氧六环和乙酸乙酯)中形成稳定的胶束,并且可以封装金属离子(Cu2+和Ni2+),这表明PEG-b-PSar具备在有机体系中封装水溶性化合物的能力。本文首次采用硼氢化稀土催化剂RE(BH4)3(THF)3 (RE=Sc、Y、La、Nd、Dy和Lu)催化Sar-NTA和NBG-NTA开环聚合制备高分子量的亲水和疏水性聚类肽。所得聚类肽的分子量与稀土元素的种类及反应温度有关。我们在Y(BH4)3(THF)3／L腈体系和Lu(BH4)3(THF)3/THF体系中分别实现了Sar-NTA和NBG-NTA的可控聚合,聚合产率高,聚类肽产物具有中等的分子量分布(D<1.4),分子量可以通过投料比控制。例如, 以乙腈为溶剂,在60℃、[Sar-NTA]/[Y(BH4)3(THF)3]=516、[Sar-NTA]=0.5 mol/L的条件下反应48小时,可以99%的产率得到绝对分子量Mn为27.7kDa(DP=390)、分子量分布为1.14的PSar均聚物。Sar-NTA和NBG-NTA的聚合反应动力学研究表明,在低转化率下,两个单体的聚合动力学曲线都呈现较好的线性关系。在开放体系中(持续氩气流保护)的聚合速率高于密闭体系。我们通过无规共聚合反应,制备了温敏性聚类肽P(Sar-r-NBG),它在水溶液中存在可逆的相转变行为(浊点)。PSar和P(Sar-r-NBG)类似于PEG,具有很小的细胞毒性,有望应用于生物医药领域。均聚和共聚类肽的热学性能通过TGA和DSC检测方法进行了表征和分析。本文采用苄胺引发Sar-NTA和NBG-NTA在THF中60 ℃下进行共聚合,制备了一系列温敏性聚类肽。首次通过伯胺引发R-NTA开环聚合的方式制备了聚合度大于150的聚类肽。聚合产物P(Sar-r-NBG)的分子量和组成可以通过投料比[Sar]/[NBG]/[benzylamine]调节。共聚类肽的热学性能研究表明,P(Sar-r-NBG)具有比PSar更低的玻璃化转变温度(Tg),而且不存在PNBG的熔点(Tm)。Sar-NTA和NBG-NTA在苄胺引发下聚合的竞聚率分别为1.70(7)和0.63(7),表明两个单体单元在聚类肽链中是无规分布的。我们利用MALDI-ToF质谱测试分析了P(Sar-r-NBG)的结构,结果表明P(Sar-r-NBG)高分子链具有明确的仲胺基端基,证明苄胺引发R-NTA开环聚合通过常规的胺机理(NAM)进行。P(Sar-r-NBG)的水溶液具有最低临界溶解温度(LCST),存在可逆的相转变行为。P(Sar-r-NBG)水溶液的浊点(Tcp)在27℃至71℃范围内可调,与聚类肽的组成线性相关。随着聚合物分子量降低,或者聚合物浓度的降低,Tcp和浊点转变范围(AT)逐渐升高。在P(Sar-r-NBG)水溶液中加入不同的盐离子都会使Tcp下降,Tcp下降的程度与Hofmeister序列一致,也就是Na2SO4>NaCl> NaBr。P(Sar-r-NBG)在低于Tcp温度的水溶液中容易发生聚集,这会导致浊点转变的温度范围变宽。P(Sar-r-NBG)的细胞毒性与其组成有关,疏水性NBG单元含量升高会引起细胞毒性上升。聚类肽可以简便地通过R-NTA开环聚合制备得到,加上可控的细胞毒性和可降解的主链结构,温敏性P(Sar-r-NBG)在生物医用领域存在巨大的应用前景。