荧光聚合物囊泡具有稳定性好、封装容量大，可进行功能化修饰，能够追踪药物在生物体内的运输和分布以及药物的控制释放等优点。近日，北京化工大学北京软物质科学与工程高精尖创新中心的海外专家李敏慧（点击查看介绍）课题组用纳米沉淀法，制备了一系列具有聚集诱导发光（AIE）性质的聚碳酸酯囊泡。他们和李敏慧在巴黎的课题组合作，利用冷冻透射电镜（cryo-EM）、荧光光谱以及动态光散射等技术对聚合物囊泡的形成过程进行原位监测。同时也探索了疏水嵌段比例以及组装溶剂对组装体形貌和尺寸的影响。

目前，传统的制备荧光聚合物囊泡的方法是通过有机染料标记聚合物实现，而大多数有机染料都存在聚集诱导荧光淬灭的现象（ACQ），与之相反，AIE荧光分子可有效的抑制ACQ现象，具有光稳定性优异、信号可靠性强等优点。基于此，将AIE分子通过物理或化学方法引入聚合物囊泡中，制备得到的AIE聚合物囊泡在药物运输和控制释放的追踪，以及生物成像等领域的应用，具有重大的意义。然而，目前鲜有文献用原位监测，尤其是利用AIE性质的变化去探究囊泡的形成过程和机理。对组装过程和机理有了清晰的认识，就可以通过改变组装条件或聚合物的结构来调控这种AIE囊泡的形貌、尺寸等。

图1. 嵌段聚合物PEG-b-P(TPE-TMC)_n自组装形成的聚合物囊泡的cryo-EM照片以及聚合物溶液和其组装体在365 nm紫外灯下的照片。

该中法团队的研究发现，该AIE聚合物囊泡的形成主要分为三个阶段。首先聚合物开始自组装形成一些尺寸为3 μm左右的片层结构以及巨型囊泡结构；然后继续在体系中加水，这些大尺寸片层结构闭合形成囊泡，同时不稳定的大尺寸囊泡也逐渐形成尺寸较小的囊泡。此时组装体系中聚合物囊泡的浓度迅速增大；最后体系中水含量继续增加，聚合物囊泡的尺寸和浓度不再发生较大变化，此时，囊泡的平均尺寸大约为270 nm。同样，该聚合物在Dioxane/水体系中的自组装同样存在相似的过程。但由于聚合物在这两种共溶剂中溶解性差异，使得该聚合物在Dioxane/水中组装形成的囊泡尺寸比在THF/水体系中要大很多，其尺寸大约为650 nm。

图2 共聚物PEG₄₅-b-P(TPE-TMC)₁₃在THF/水混合体系中的自组装过程的研究。（A）体系中组装溶液的光强（count rate）和平均尺寸(D_h)随体系中水含量增加的变化曲线；（B）体系中水含量为25%，31%和75%时，DLS测得组装体的尺寸分布；水含量为25%（C），31%（D）和75%（E）时，相应的组装体系中的cryo-EM照片。

在囊泡形成的第三阶段，虽然体系中囊泡的尺寸和浓度都已基本不再发生变化，但组装体的荧光强度却迅速增加。这主要是因为体系中渗透压的变化，囊泡膜里的有机溶剂不断的渗透出去，从而增大了TPE分子内旋转受限的程度，进而使得组装体的荧光强度迅速增加。

图3 囊泡形成过程中，其荧光强度随体系中水含量的变化曲线。（A）THF/水混合体系；（B）Dioxane/水混合体系。图A和图B中的插图分别是在365 nm的紫外光照射下，共聚物PEG₄₅-b-P(TPE-TMC)₁₃在THF和Dioxane中形成的囊泡分散在水中的照片。

此外他们还探究了嵌段聚合物中亲/疏水比例对组装的影响。他们设计合成了亲水嵌段比分别为17%，21%，28%和34%的嵌段共聚物PEG₄₅-b-P(TPE-TMC)_n，研究发现这一系列的共聚物均能在THF/水体系中组装形成囊泡结构，且这些聚合物囊泡的平均直径随着嵌段聚合物中亲水比的增加而降低。

因此，该团队通过选择不同共溶剂或调控亲/疏水嵌段比例，制备得到了不同尺寸的AIE聚碳酸酯囊泡，并研究了囊泡的形成过程。该AIE聚碳酸酯囊泡有望用于监测药物在活体细胞中的运输和分布以及生物成像等领域。

这一成果近期发表在ACS Nano上，文章的第一作者是北京化工大学硕士研究生张念，巴黎国立高等化学学院博士研究生陈辉和范玉娇。

该论文作者为：Nian Zhang, Hui Chen，Yujiao Fan，Lu Zhou，Sylvain Treṕout，Jia Guo, Min-Hui Li

原文（扫描或长按二维码，识别后直达原文页面，或点此查看原文）：

Fluorescent Polymersomes with Aggregation-Induced Emission.

ACS Nano, 2018, 12, 4025−4035, DOI: 10.1021/acsnano.8b01755

李敏慧教授简介

李敏慧，法国国家科学研究中心（CNRS）主任研究员，博士生导师，北京化工大学北京软物质科学与工程高精尖创新中心的海外专家。1986年毕业于北京清华大学，1988年获清华大学硕士学位，1993年获巴黎居里大学博士学位。1993-1994年在法国石油研究院从事博士后研究。1994年考入法国国家科学研究中心，翌年成为该中心永久研究员，2011年升为主任研究员。1997-2014年就职于巴黎居里研究所，2015年起调任巴黎国立高等化学学院。

研究领域是高分子及液晶软物质功能及智能材料。在相关领域发表SCI论文70余篇，包括PNAS、 JACS、Phys.Rev. Lett.、Adv. Mater.、ACS Nano、Chem. Commun.、Macromolecules、Soft Matter 等。获授权发明国际专利一项。参与撰写三本英文书籍。李敏慧教授还是巴黎国立高等化学学院院长的中国事务顾问，致力于促进中法科研和教育的高水平合作。

http://www.x-mol.com/university/faculty/49662