胆碱氨基酸离子液体溶解的线性-树枝状嵌段共聚物的物理化学表征

《ACS Omega》：Physicochemical Characterization of Choline Amino Acid Ionic Liquid Solvated Linear–Dendritic Block Copolymers

线性-树状多臂嵌段共聚物（LDBCs）与氨基酸离子液体（AAILs）结合后，热稳定性和物理稳定性显著提升，其中Cho-dl-Ile 1:1和Cho-l-Leu 1:1修饰的LDBC纳米颗粒可稳定19天，而Cho-l-Asn 1:1因高水合性虽热稳定性最佳但物理稳定性较差。FTIR和NMR分析表明，氨基酸极性及立体化学影响与PCL/PAMAM的相互作用，导致不同IL的组装行为差异。

　　
线性树状端基嵌段共聚物（LDBCs）在靶向药物递送系统中展现出独特优势，其由亲脂性线型聚己内酯（PCL）和亲水性树状聚胺胺（PAMAM）组成的50:50比例嵌段结构，可通过自组装形成纳米颗粒（NPs）。然而，传统LDBCs在静脉给药过程中面临高分散性、短保质期及潜在非靶向细胞毒性等问题。为此，研究团队将氨基酸离子液体（AAILs）引入LDBC体系，通过静电溶剂化作用优化纳米颗粒的物理化学性质，为解决上述瓶颈提供新思路。

### 1. AAILs的合成与特性
研究选用三种氨基酸离子液体：1:1Cho-dl-Ile、1:1Cho-l-Leu和1:1Cho-l-Asn。这些离子液体以胆碱为阳离子，不同氨基酸（异亮氨酸、亮氨酸、天冬氨酸）为阴离子，通过盐合反应制备。合成过程通过水相溶解氨基酸，在高温油浴中与胆碱氢氧化物反应48小时，经旋转蒸发仪去除溶剂后得到透明粘稠液体。核磁共振（NMR）证实所有AAILs均形成1:1摩尔比的离子液体，且水含量影响其物理状态（如Cho-l-Asn因含水量10%而流动性更强）。

### 2. LDBC-NPs的组装与表征
通过THF溶解LDBCs后水相自组装，形成直径80-148 nm的纳米颗粒。AAILs的引入显著改变颗粒特性：
- **尺寸与分散性**：未修饰的LDBC-NPs初始粒径为80.6±21.8 nm（PDI=0.24），而经AAIL修饰后均增大至133-148 nm。其中Cho-dl-Ile修饰的颗粒离散度最低（PDI=0.31），而Cho-l-Asn因表面电荷不稳定导致PDI最高（0.35）。
- **表面电荷**：阳离子胆碱使颗粒整体带正电（44.6 mV），但AAIL修饰后电荷反转，其中Cho-dl-Ile修饰的NPs带负电最显著（-12.27 mV），可能与异亮氨酸的疏水性侧链形成疏水层有关。
- **形貌**：扫描电镜显示所有样品均为球形，但AAIL修饰后颗粒表面出现更密集的聚集体，推测胆碱阳离子与PAMAM的氨基形成氢键网络。

### 3. 稳定性机制分析
- **热稳定性**：TGA显示，AAIL修饰使LDBC-NPs的热降解起始温度提升40-50℃。例如，Cho-dl-Ile修饰的NPs在188℃开始降解，而裸颗粒仅144℃。这种提升源于AAILs与PCL链的酯基及PAMAM的氨基形成多重氢键（如 Cho-dl-Ile与PAMAM的N-H键），并可能通过离子偶极相互作用增强链段稳定性。
- **化学稳定性**：FTIR光谱揭示AAILs与LDBC的相互作用模式。Cho-dl-Ile与PAMAM的末端氨基（3121 cm?1）及PCL的酯基（1726 cm?1）均出现特征峰位移，表明强氢键形成。Cho-l-Leu修饰的NPs在1568 cm?1（羧酸不对称伸缩）和1382 cm?1（对称伸缩）处峰形尖锐，提示离子对结合而非多齿配位。Cho-l-Asn因含两个羧酸基团，在1666 cm?1处形成宽峰，显示更强的分子内氢键，但水合作用导致其与PCL的疏水作用较弱，稳定性低于前两者。

### 4. 稳定性时效实验
在25℃储存条件下：
- **裸LDBC-NPs**：第5天粒径骤降至411 nm（PDI=0.72），第10天增大至1033 nm，表明动态聚集-解离循环，但长期稳定性差。
- **AAIL修饰体系**：所有样品在19天内保持稳定，其中Cho-dl-Ile和Cho-l-Leu的PDI波动小于0.3，而Cho-l-Asn因极性侧链水合作用，第15天粒径增至441 nm（PDI=0.46）。电泳光散射（ELS）显示，修饰后的颗粒zeta电位绝对值降低（-12.27至6.8 mV），但稳定性评分（相关系数R2）显著提升，尤其是Cho-dl-Ile的R2值从0.78稳定至0.85。

### 5. 作用机制与优化策略
- **立体化学效应**：异亮氨酸（dl-Ile）的D/L混合构型使离子液体在空间位阻上更灵活，与PAMAM的氨基形成多齿配位（Δν=167 cm?1），而亮氨酸（Leu）的单一构型导致更松散的离子键（Δν=186 cm?1）。
- **极性调控**：天冬氨酸的极性侧链（含两个羧酸基团）虽增强与PCL的氢键（Δν=173 cm?1），但其高亲水性导致AAILs在NP表面吸附不牢固，易随水分子脱落。
- **表面能平衡**：Cho-l-Leu的疏水侧链（甲基含量高）与PCL形成疏水作用，使NP表面能降低，抗聚集能力提升。而Cho-dl-Ile的混合构型在疏水-亲水平衡中表现最优。

### 6. 应用前景与挑战
该研究证实AAILs能有效解决LDBC-NPs的稳定性问题，其中Cho-dl-Ile修饰体系兼具最佳热稳定性和物理稳定性（保质期19天）。然而，天冬氨酸的强极性虽提升热稳定性（TGA显示残存率10%），但导致NP表面电荷不稳定，易发生非特异性吸附。未来可探索多价AAILs或复合表面活性剂，进一步优化表面电荷分布与疏水-亲水平衡。

### 7. 技术创新点
- **离子液体筛选**：通过比较三种AAILs的协同作用，建立“极性侧链-热稳定性”负相关模型。
- **动态稳定性调控**：发现LDBC-NPs在储存中经历“聚集-解离-再聚集”过程，AAILs通过稳定电荷分布（如Cho-dl-Ile的负电荷层）抑制二次聚集。
- **跨尺度相互作用**：结合FTIR（分子尺度）与电势分布模拟（纳米尺度），揭示离子液体与聚合物链的逐层作用机制。

该研究为智能纳米药物载体开发提供了重要参数，后续可结合体内模型验证AAILs修饰体系在靶向递送中的抗聚集效果及细胞相容性。