功能化超分子水凝膠的研究.pdf

1、基于環(huán)糊精主客體相互作用制得的超分子水凝膠，因其制備條件溫和、凝膠化過(guò)程易于調(diào)控、可注射等特點(diǎn)，在藥物控釋、生物傳感、組織工程支架構(gòu)建等領(lǐng)域有重要應(yīng)用前景。但到目前為止，該類(lèi)水凝膠的研究多局限于有關(guān)制備條件研究、凝膠物理性質(zhì)表征以及藥物控釋?xiě)?yīng)用探索，幾乎未見(jiàn)有研究工作涉及該類(lèi)超分子水凝膠的功能化改性?；诖耍菊撐墓ぷ魍ㄟ^(guò)設(shè)計(jì)合成具有生物功能特性的新型聚合物客體分子和在凝膠形成過(guò)程中原位引入功能性無(wú)機(jī)納米粒子兩種方式制備了功能化的新型超

2、分子水凝膠材料，同時(shí)通過(guò)流變、電鏡、X射線(xiàn)衍射(XRD)等測(cè)試手段研究了體系的凝膠化動(dòng)力學(xué)及其影響因素以及所得超分子水凝膠的微結(jié)構(gòu)特征，并在此基礎(chǔ)上探索了該類(lèi)超分子水凝膠用作生物功能材料的條件和可能性，取得了較好的研究進(jìn)展。
　　 1、基于聚合物客體分子化學(xué)修飾的功能化超分子水凝膠
　　 (1)利用吲哚美辛化學(xué)修飾的聚乙二醇前藥分子(MPEG-indo)與α-環(huán)糊精(α-CD)的主客體相互作用，制得原位包埋疏水性藥物吲哚

3、美辛的超分子水凝膠。XRD表征證實(shí)，α-CD通過(guò)與MPEG-indo中MPEG鏈段的主客體作用貫穿到聚合物鏈上形成管道狀結(jié)晶的超分子結(jié)構(gòu)；通過(guò)流變表征研究了主客體濃度對(duì)體系的凝膠化動(dòng)力學(xué)以及凝膠流變性質(zhì)的影響，發(fā)現(xiàn)隨體系中α-CD或MPEG-indo濃度的增加，體系的凝膠化過(guò)程加快，凝膠的彈性模量增加，其剪切粘度和觸變性也隨之增加；體外釋放實(shí)驗(yàn)表明，超分子水凝膠對(duì)藥物分子的釋放持續(xù)且可控，持續(xù)釋放時(shí)間達(dá)21天以上，且隨α-CD或MPEG

4、-indo濃度的增加，藥物的釋放速率減慢。藥物分子以α-CD/MPEG-indo復(fù)合物的形式從凝膠中釋放出來(lái)，其釋放行為可用Higuchi擴(kuò)散模型進(jìn)行描述。體外細(xì)胞實(shí)驗(yàn)證實(shí)，釋放出的MPEG-indo對(duì)Hep-2喉癌細(xì)胞有明顯的抑制作用(抑制率達(dá)40％以上)。
　　 (2)基于肝素化學(xué)修飾的聚乙二醇共聚物(Hep-MPEG)與α-CD的主客體相互作用，在溫和條件下制得具有生物活性的超分子水凝膠。XRD表征證實(shí)了凝膠中超分子結(jié)構(gòu)的

5、形成；通過(guò)流變手段研究了主客體濃度對(duì)體系的凝膠化動(dòng)力學(xué)以及凝膠物理性質(zhì)的影響，發(fā)現(xiàn)隨體系中α-CD或Hep-MPEG濃度的增加，體系的凝膠化時(shí)間縮短，凝膠的彈性模量增加，且該超分子水凝膠在高剪切作用下可發(fā)生流動(dòng)(當(dāng)剪切速率從0.1s-1增大到10 s-1時(shí)，其剪切粘度下降2個(gè)數(shù)量級(jí))，撤去作用力后體系在5分鐘之內(nèi)基本可恢復(fù)到起始狀態(tài)，表現(xiàn)出良好的觸變性；以牛血清白蛋白(BSA)和Hep-MPEG為模型藥物，探索了該超分子水凝膠用作雙重藥

6、物載體的可能性，體外釋放實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，隨體系中α-CD或Hep-MPEG濃度的增加，藥物的釋放速率減慢，且兩種藥物的釋放機(jī)理不同，分別遵循non-Fickian擴(kuò)散和Fickian擴(kuò)散模式；體外凝血實(shí)驗(yàn)表明，該超分子水凝膠具備良好的生物活性，表現(xiàn)出明顯的抗凝血性能，且該凝膠材料具有良好的血液相容性(溶血率≤5％)。
　　 (3)通過(guò)聚賴(lài)氨酸化學(xué)修飾的聚乙二醇—聚丙二醇—聚乙二醇嵌段共聚物(F-68-PLL)與α-CD的主客體相互

7、作用，制得可用作基因載體的超分子水凝膠。研究發(fā)現(xiàn)F-68-PLL在水溶液中首先與DNA形成穩(wěn)定的復(fù)合物膠束(膠束粒徑135.8 nm，Zeta電位+5.11mV)，然后通過(guò)與α-CD的主客體作用將DNA原位包埋于凝膠基質(zhì)中；通過(guò)流變手段研究了主客體濃度以及DNA含量對(duì)體系凝膠化動(dòng)力學(xué)以及凝膠性質(zhì)的影響，發(fā)現(xiàn)隨α-CD或F-68-PLL濃度以及DNA含量的增加，體系的凝膠化時(shí)間縮短，凝膠強(qiáng)度增加;DNA凝膠電泳遷移實(shí)驗(yàn)表明，超分子水凝膠可

8、與DNA形成穩(wěn)定的復(fù)合物，能有效阻止DNA在電場(chǎng)條件下的遷出；體外釋放實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，超分子水凝膠對(duì)DNA有可控且持續(xù)釋放的效果，隨α-CD或F-68-PLL濃度的增加，DNA的釋放速率減慢，且DNA是以DNA/F-68-PLL納米復(fù)合物的形式進(jìn)行釋放；體外細(xì)胞實(shí)驗(yàn)證實(shí)，該超分子水凝膠可長(zhǎng)時(shí)間保持DNA的生物活性，表現(xiàn)出良好的轉(zhuǎn)染效果(轉(zhuǎn)染效率15％左右)，且超分子水凝膠具有良好的生物相容性。
　　 2、基于無(wú)機(jī)納米粒子原位雜化的

9、功能化超分子水凝膠
　　 (1)利用兩親性聚己內(nèi)酯—聚乙二醇—聚己內(nèi)酯嵌段聚合物(PCL-PEG-PCL)在水溶液中對(duì)磁性納米粒子的分散穩(wěn)定作用和與α-CD主體分子的主客體相互作用，制得含磁性納米粒子的雜化超分子水凝膠。通過(guò)紫外—可見(jiàn)光譜(UV-Vis)、透射電鏡(TEM)等手段研究發(fā)現(xiàn)，PCL-PEG-PCL對(duì)Fe3O4有良好的分散穩(wěn)定效果，磁性納米粒子的粒徑在10-18 nm之間；通過(guò)流變表征，研究了主客體濃度以及磁性納米粒

10、子的引入對(duì)體系的凝膠化動(dòng)力學(xué)和凝膠性質(zhì)的影響，發(fā)現(xiàn)隨α-CD或PCL-PEG-PCL濃度的增加，體系的凝膠化時(shí)間縮短，凝膠強(qiáng)度增加，且磁性納米粒子的引入可加快體系的凝膠化過(guò)程，并增強(qiáng)凝膠的力學(xué)強(qiáng)度；通過(guò)磁學(xué)性質(zhì)表征發(fā)現(xiàn)該雜化超分子水凝膠具有超順磁性；以BSA為模型藥物，研究了所得超分子水凝膠用作磁控釋藥物載體的可能性，發(fā)現(xiàn)在外加磁場(chǎng)作用下，凝膠對(duì)BSA的釋放速率明顯減慢。
　　 (2)利用兩親性聚乙二醇—聚丙二醇—聚乙二醇嵌段聚

11、合物(F-68)對(duì)硝酸銀的還原及對(duì)所得納米銀的分散穩(wěn)定作用和與α-CD主體分子的主客體相互作用，原位制得含納米銀的雜化超分子水凝膠。通過(guò)UV-Vis、TEM等表征發(fā)現(xiàn)，F(xiàn)-68可將硝酸銀還原為納米銀，且對(duì)生成的納米銀有良好的分散穩(wěn)定作用，納米銀沉積于F-68形成的膠束殼層，粒徑在5-7 nm之間;通過(guò)流變表征研究了納米銀的引入對(duì)體系的凝膠化動(dòng)力學(xué)以及凝膠流變性質(zhì)的影響，發(fā)現(xiàn)納米銀的引入使得體系的凝膠化時(shí)間增加，凝膠強(qiáng)度下降，且體系中納米

12、銀的含量越多，該影響越明顯；通過(guò)掃描電鏡觀(guān)察到納米銀粒子在凝膠基質(zhì)中良好地分散；分別以亞甲基藍(lán)和大腸桿菌為研究對(duì)象，通過(guò)催化實(shí)驗(yàn)和體外抑菌圈實(shí)驗(yàn)證實(shí)含納米銀的雜化超分子水凝膠具有良好的催化和抗菌性能。
　　 (3)利用單甲氧基聚乙二醇(MPEG)化學(xué)修飾多臂碳納米管(MWNTs)，然后與α-CD進(jìn)行主客體相互作用，制得碳納米管雜化的超分子水凝膠。通過(guò)TEM、UV-Vis等表征手段證實(shí)，經(jīng)MPEG修飾的MWNTs在水溶液中具有良好

13、的分散穩(wěn)定性；通過(guò)流變表征發(fā)現(xiàn)MWNTs的含量對(duì)體系的凝膠化動(dòng)力學(xué)和凝膠性質(zhì)產(chǎn)生規(guī)律性影響，隨體系中MWNTs含量的增加，體系的凝膠化時(shí)間延長(zhǎng)，凝膠強(qiáng)度增大，其剪切粘度和觸變性也隨之增加；將辣根過(guò)氧化物酶(HRP)原位包埋于該雜化超分子水凝膠基質(zhì)中，制得具有生物傳感功能的超分子水凝膠材料。通過(guò)圓二色光譜表征發(fā)現(xiàn)，HRP在凝膠基質(zhì)中保持了良好的構(gòu)象穩(wěn)定性，且熱穩(wěn)定性明顯提高；將制得的生物傳感器用于過(guò)氧化氫的檢測(cè)，發(fā)現(xiàn)其對(duì)過(guò)氧化氫有快速靈敏

14、的響應(yīng)，線(xiàn)性范圍為0.1-2.4 mmol/L，線(xiàn)性相關(guān)系數(shù)大于0.999，檢出限為4.0×10-7 mol/L；MWNTs的引入對(duì)生物傳感器有明顯的增敏效果，相對(duì)于不含碳納米管的生物傳感器，含0.2％MWNTs的生物傳感器的靈敏度可提高3倍以上。
　　 本論文的創(chuàng)新之處在于:(1)首次將疏水性藥物以客體分子的方式負(fù)載于主客體作用的超分子水凝膠中，并研究了藥物的體外釋放規(guī)律及其生物活性，由此解決了疏水性藥物在親水性凝膠基質(zhì)中的包

15、埋與控釋問(wèn)題；(2)利用肝素修飾的聚乙二醇客體分子與α-環(huán)糊精的主客體相互作用，制得具有生物活性的超分子水凝膠，并首次探索了該生物活性材料用作雙重藥物載體的可能性；(3)通過(guò)聚賴(lài)氨酸化學(xué)改性Pluronic F-68并與α-環(huán)糊精相互作用，制得可用作基因載體的超分子水凝膠，研究了有關(guān)基因的負(fù)載、控釋、傳遞和轉(zhuǎn)染性能；(4)利用PCL-PEG-PCL在水溶液中對(duì)磁性納米粒子的分散穩(wěn)定作用和與α-CD的主客體相互作用，首次將磁性納米粒子引入

16、到超分子水凝膠中，并研究了磁性納米粒子的引入對(duì)超分子水凝膠物理性質(zhì)的影響以及該凝膠用作磁可控藥物載體的可能性；(5)利用F-68的還原、分散穩(wěn)定以及主客體作用，將納米銀原位引入到超分子水凝膠中，研究了納米銀含量對(duì)凝膠物理性質(zhì)的影響以及該雜化超分子水凝膠的催化和抗菌性能；(6)利用單甲氧基聚乙二醇(MPEG)化學(xué)修飾多臂碳納米管(MWNTs)，然后與α-CD進(jìn)行主客體相互作用，制得碳納米管雜化的超分子水凝膠，并將HRP固定于凝膠基質(zhì)中制得