磁簇-聚合物復(fù)合微球的功能設(shè)計、結(jié)構(gòu)調(diào)控及其應(yīng)用基礎(chǔ)研究.pdf

1、磁簇/聚合物復(fù)合微球因其整合了磁性納米粒子晶團(tuán)簇的優(yōu)異特性（高磁響應(yīng)性、良好導(dǎo)電性以及多孔性等）和聚合物組分的可設(shè)計功能性（溫敏性、pH響應(yīng)性、熒光活性等）而在納米復(fù)合材料領(lǐng)域獲得了廣泛的關(guān)注。本論文主要圍繞該類納米復(fù)合材料的結(jié)構(gòu)調(diào)控以及功能性修飾展開，從大分子調(diào)控磁簇結(jié)構(gòu)入手，通過乳液聚合引入功能性基團(tuán)或配位聚合引入潛在的藥理活性和電化學(xué)活性，實現(xiàn)了磁簇的功能化，并將功能性復(fù)合材料應(yīng)用于藥物載體、手性催化和超級電容器等領(lǐng)域。主要取得了

2、以下幾方面的結(jié)果:
　　(1)溶劑熱法制備生物大分子調(diào)控的多孔磁簇藥物載體:在溶劑熱條件下加入酪蛋白、大豆蛋白或聚谷氨酸作為自溶解模板一步法制備得到高比表面積磁簇。產(chǎn)物BET比表面積最高可以達(dá)到207m2/g，孔體積為0.34cm3/g，BJH平均孔徑為6.3nm。同時，生物大分子鏈賦予磁簇優(yōu)良的生物相容性和膠體分散穩(wěn)定性。選取兼具高比表面積(102m2/g)、孔體積(0.28cm3/g)和高磁響應(yīng)性(57emu/g)的多孔磁簇作

3、為疏水型抗腫瘤藥物多西紫杉醇(Docetaxel，DOC)的載體，載藥量達(dá)到24 wt.％。體外細(xì)胞實驗表明負(fù)載DOC的多孔磁簇對膀胱腫瘤T24細(xì)胞生長具有顯著的抑制作用。進(jìn)一步使用該載體同時負(fù)載DOC和神經(jīng)酰胺(Ceramide，CER)雙藥，體現(xiàn)了對前列腺腫瘤PC-3細(xì)胞增強(qiáng)的生長抑制性，超過DOC/CER聯(lián)用以及單藥負(fù)載體系的效果。
　　(2)微波法高效制備酪蛋白調(diào)控的空心磁簇藥物載體:微波加熱方法在150C、10min反應(yīng)

4、條件下可高效制備得到磁飽和強(qiáng)度高達(dá)72emu/g的實心結(jié)構(gòu)磁簇。而酪蛋白的加入可作為一種自溶解模板調(diào)控磁簇空心結(jié)構(gòu)的形成，并賦予其良好的生物相容性和膠體分散穩(wěn)定性。提高酪蛋白投料量可以有效控制空腔尺寸在30nm～100nm范圍內(nèi)。在合適酪蛋白用量下，空心多孔磁簇BET比表面積為60m2/g，孔體積0.23cm3/g，BJH平均孔徑在4.0nm，磁飽和強(qiáng)度達(dá)到54emu/g?？招拇糯赝ㄟ^納米沉積作用對阿霉素(Doxorubicin，DOX

5、)的負(fù)載量達(dá)到37 wt.％，而且藥物的體外釋放行為具有pH響應(yīng)性。MTS實驗結(jié)果顯示負(fù)載DOX的空心磁簇對正常HEK293細(xì)胞具有較好的生物相容性，但顯著抑制了腫瘤KB細(xì)胞的生長，效果接近純DOX藥物。
　　(3)新型磁簇/聚合物核殼微球的制備研究:以表面帶有雙鍵的磁簇作為種子，在過硫酸鉀的引發(fā)作用下通過無皂乳液聚合制備得到了磁簇/聚苯乙烯核殼結(jié)構(gòu)復(fù)合微球。提高反應(yīng)單體/種子配比可以實現(xiàn)復(fù)合微球形貌由草莓狀、花瓣狀到偏心核殼結(jié)構(gòu)

6、的轉(zhuǎn)變。增加交聯(lián)劑二乙烯基苯(Divinyl benzene，DVB)的用量使復(fù)合微球呈現(xiàn)同心核殼結(jié)構(gòu)。親水性磁簇與疏水性聚合物間的界面張力和聚合物殼層的粘度在形貌的演變過程中起了關(guān)鍵作用。通過甲基丙烯酸、甲基丙烯酸羥乙酯或甲基丙烯酸縮水甘油酯等單體與苯乙烯的共聚作用可以在復(fù)合微球體系內(nèi)分別引入羧基、羥基或者環(huán)氧功能基團(tuán)。FT-IR表征證明三種功能基團(tuán)的成功引入。表面功能化后的復(fù)合微球磁飽和強(qiáng)度仍達(dá)到28～47emu/g，利于分離富集和

7、后續(xù)應(yīng)用。
　　(4)負(fù)載Pt納米粒子的磁簇/超交聯(lián)多孔聚合物復(fù)合微球的制備研究:在上一章節(jié)制備得到的磁簇/聚苯乙烯復(fù)合微球的基礎(chǔ)上進(jìn)行二次乳液聚合，引入DVB交聯(lián)的聚4-乙烯基芐氯(poly(4-vinyl benzyl chloride)，PVBC)殼層，并通過二氯乙烷處理使未交聯(lián)聚苯乙烯鏈的溶解，和FeCl3催化芐氯基團(tuán)的超交聯(lián)作用形成具有介孔和微孔雙極孔道的聚合物殼層結(jié)構(gòu)。通過簡單調(diào)節(jié)交聯(lián)劑DVB/VBC的摩爾比可以控制多

8、孔性。在DVB/VBC為40/60時，復(fù)合微球的BET比表面積達(dá)到477m2/g，孔體積為0.72cm3/g。將磁簇/多孔聚合物微球在10 wt.％氯鉑酸含量的乙醇分散液中經(jīng)NaBH4還原可固定Pt納米粒子，在20bar的H2壓力下用于催化丙酮酸乙酯的手性加氫反應(yīng)，可以達(dá)到99.8％的轉(zhuǎn)化率和高達(dá)80.7％的手性選擇性（e.e.％）。甚至高于商業(yè)化的高效Pt/介孔Al2O3催化劑75.8％的手性選擇性。良好的催化活性主要來源于微孔組分對

9、底物良好的富集能力以及介孔組分對Pt粒子的固定作用。而且，該催化劑具有良好的循環(huán)使用能力，5次使用后轉(zhuǎn)化率＞98％，e.e.％達(dá)到78％。
　　(5)磁簇/salphen-In(Ⅲ)復(fù)合微球的制備及其藥理活性研究:通過熒光性salphen配體與In(Ⅲ)的配位作用制備核殼結(jié)構(gòu)Fe3O4@Salphen-In(Ⅲ)復(fù)合微球作為前體藥物。調(diào)節(jié)salphen和In(Ⅲ)用量可以有效控制配位聚合物殼層厚度在5～50 nm范圍內(nèi)。其中功能性

10、配體salphen含量可以達(dá)到29wt.％，此時復(fù)合微球的磁飽和強(qiáng)度仍達(dá)到36 emu/g。在pH7.4的中性條件下復(fù)合微球結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，在pH5.0的弱酸性條件下，salphen-In(Ⅲ)配位聚合物殼層發(fā)生斷鏈降解，形成salphen單體，熒光強(qiáng)度高;而多孔性磁簇結(jié)構(gòu)亦發(fā)生酸降解行為形成Fe2+、Fe3+離子，與salphen配位作用后形成具有抗腫瘤活性的Fe-salphen絡(luò)合物，實現(xiàn)了藥物的pH響應(yīng)性釋放，同時由于電子轉(zhuǎn)移作用熒光發(fā)

11、生猝滅。體外細(xì)胞實驗證明該復(fù)合微球作為前體藥物對正常細(xì)胞16HBE具有良好生物相容性，但是可以通過內(nèi)吞作用進(jìn)入腫瘤A549細(xì)胞中，在溶酶體的酸性環(huán)境(pH5.0)發(fā)生結(jié)構(gòu)降解形成Fe-salphen藥物，促進(jìn)細(xì)胞的凋亡。
　　(6)磁簇/聚雜多酸復(fù)合微球的制備及在超級電容器中的應(yīng)用研究:將氨基改性后的功能簇狀分子雜多酸polyoxometalates(POM)與金屬Zn(Ⅱ)離子的配位作用后可以在氨基修飾的磁簇材料表面形成POM-

12、Zn(Ⅱ)配位聚合物殼層。EDX、元素面掃描及FT-IR結(jié)果證實POM-Zn(Ⅱ)包覆在磁簇表面。配位聚合物POM-Zn(Ⅱ)的殼層厚度隨著POM用量和Zn(Ⅱ)∶POM摩爾配比的提高而增加，調(diào)控范圍在10 nm～40 nm，功能組分POM在復(fù)合微球中的比例達(dá)到40wt.％。該復(fù)合微球制備的薄膜電極充放電循環(huán)500次后基本不衰減，穩(wěn)定性好。在電流密度0.01mA/cm2下的面電容值達(dá)到2.9mA/cm2，分別是POM-Zn(Ⅱ)薄膜電極