聚酰胺-胺（PAMAM）树枝状大分子因其高度支化的三维结构、可控的分子尺寸及丰富的表面官能团，在药物递送、生物成像、催化、环境治理等领域展现出独特优势。其中，羧基（-COOH）改性PAMAM通过引入羧酸基团，提升了材料的亲水性、生物相容性及化学修饰灵活性，成为定制化功能材料开发的核心方向之一。

羧基改性PAMAM的分子设计逻辑

羧基改性PAMAM的定制化开发需围绕目标应用场景的物理化学需求展开，其核心设计参数包括代数、羧基密度、分子尺寸及表面电荷分布。

1.代数选择

PAMAM的代数（G0-G10）直接影响其分子尺寸与内部空腔体积。低代数（G0-G3）分子尺寸小（1-5 nm），适合穿透细胞膜；高代数（G4-G10）具有更大的表面积和空腔容量，可负载更多功能分子。

2.羧基密度调控

羧基可通过两种方式引入PAMAM表面：

直接合成：以丙烯酸（AA）替代部分丙烯酸甲酯（MA）作为支化单体，合成羧基-胺基共修饰PAMAM（如G4-COOH/NH₂）。

后修饰：通过乙二胺四乙酸（EDTA）、丁二酸酐等试剂与PAMAM表面伯胺基团反应，控制羧基取代度。

羧基密度直接影响材料的亲水性（羧基含量越高，水溶性越强）及化学修饰位点数量。例如，在基因递送中，高羧基密度的PAMAM可通过静电作用压缩DNA，形成稳定的纳米复合物。

3.表面电荷优化

羧基改性可中和PAMAM表面正电荷。通过调控羧基与胺基的比例，可将表面电位可调节，提升材料在血液中的稳定性（避免非特异性蛋白吸附）及细胞摄取效率（负电荷促进内吞作用）。

定制化合成策略

羧基改性PAMAM的合成需兼顾结构准确性与规模化可行性，核心工艺包括发散法、收敛法及模块化组装。

1.发散法

以乙二胺为核，通过交替Michael加成（丙烯酸或丙烯酸甲酯）与酰胺化反应（乙二胺）逐步增长代数。针对羧基改性需求，可在特定代数引入丙烯酸作为支化单体。

2.收敛

将PAMAM分解为树状片段（如G1-G3），分别修饰羧基后通过点击化学（如CuAAC）或酰胺键连接至中心核。此方法可减少高代数合成中的空间位阻。

3.连续流合成技术

传统间歇式反应存在温度不均、反应时间差异等问题，导致分子量分布宽。连续流微反应器通过准确控制反应参数（温度、流速、停留时间），可将PDI降至，并实现24小时连续生产（产能达千克级）。

功能化修饰

羧基改性PAMAM的核心价值在于其表面官能团的可修饰性。通过共价键或非共价作用，可引入靶向配体、刺激响应基团或生物活性分子，构建多功能纳米平台。

1.靶向功能化

抗体修饰：通过EDC/NHS化学将羧基活化为琥珀酰亚胺酯，与抗体氨基反应，实现tumor特异性靶向。

多肽连接：利用羧基与多肽（如RGD、TAT）的酰胺化反应，构建细胞穿透肽修饰的载体。

2.刺激响应性功能化

pH响应：在羧基邻位引入组氨酸或咪唑基团，利用tumor组织微酸性环境（pH 6.5-7.2）触发药物释放。

氧化还原响应：通过二硫键连接羧基与药物分子，实现细胞内谷胱甘肽（GSH）浓度梯度驱动的释放。

3.多功能复合功能化

磁性-荧光双模态成像：将G3-COOH PAMAM与Fe₃O₄纳米粒子及CdSe/ZnS量子点通过静电作用复合，构建的探针可同时实现MRI与FL成像。

羧基改性 PAMAM 树枝状大分子因其结构和功能，在多个领域展现出应用前景。通过定制化服务，可以根据客户的具体需求，对羧基改性 PAMAM 树枝状大分子进行特定的功能化修饰，满足不同应用领域的需求。