光響應(yīng)和光交聯(lián)型多糖基水凝膠的研究.pdf

1、近年來(lái)，環(huán)境敏感性聚合物水凝膠的設(shè)計(jì)合成與應(yīng)用研究十分活躍，尤其以光敏感性聚合物水凝膠的研究最受人們矚目。由于光源安全、清潔、易于使用和控制，與其它環(huán)境敏感性聚合物水凝膠相比，光敏感性聚合物水凝膠在化學(xué)傳感器、記憶元件開關(guān)、藥物控釋、固定化酶、組織工程等領(lǐng)域具有更廣闊的應(yīng)用前景。
　　 多糖來(lái)源廣泛，具有優(yōu)良的生物相容性、生物可降解性和無(wú)毒性，被認(rèn)為是一種非常理想的生物醫(yī)藥材料。本論文以天然多糖為基本原料，設(shè)計(jì)合成了光響應(yīng)型聚合

2、物水凝膠及光交聯(lián)型聚合物水凝膠，對(duì)所得水凝膠的溶脹性能、力學(xué)性能、光響應(yīng)行為以及在藥物控釋等方面的應(yīng)用進(jìn)行了探索研究。
　　 本工作的主要?jiǎng)?chuàng)新包括以下幾點(diǎn)：(1)以葡聚糖為基本原料，合成了具有pH及光響應(yīng)的水凝膠，并將其用作藥物控釋載體，同時(shí)利用紫外光照調(diào)控藥物釋放速率。(2)合成了偶氮苯改性的兩親性支鏈淀粉接枝物，利用其在水溶液中的疏水締合交聯(lián)作用得到可對(duì)疏水藥物進(jìn)行包埋和光控釋放的新型納米水凝膠。(3)首次將4-硝基肉桂酸化

3、學(xué)偶聯(lián)到羧甲基殼聚糖大分子鏈上，在無(wú)外加光引發(fā)劑的條件下，利用肉桂酸基團(tuán)在365 nm紫外光照下的光二聚反應(yīng)，制備光交聯(lián)型羧甲基殼聚糖基水凝膠。(4)首次合成了4-硝基肉桂酸改性的支鏈淀粉衍生物，在無(wú)外加光引發(fā)劑條件下，采用光交聯(lián)方法對(duì)蛋白類生物大分子(如溶菌酶)實(shí)現(xiàn)了原位包埋，經(jīng)原位光包埋后的溶菌酶可有效地保持其二級(jí)構(gòu)象及生物活性。
　　 本文主要研究?jī)?nèi)容和結(jié)論概括如下：
　　 (1)光及pH響應(yīng)型葡聚糖基水凝膠的研究

4、。
　　 以二甲基亞砜為溶劑、偶氮二異丁腈為引發(fā)劑，將甲基丙烯酸縮水甘油酯改性的葡聚糖與偶氮單體4-(4'-丙烯酰氧基苯基偶氮)苯甲酸自由基共聚交聯(lián)，合成了具有光及pH響應(yīng)性的葡聚糖基水凝膠。紅外光譜和核磁共振氫譜證實(shí)了合成單體及水凝膠的結(jié)構(gòu)，并通過(guò)元素分析確定了凝膠中偶氮苯含量。通過(guò)溶脹實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)所得水凝膠的平衡溶脹度隨介質(zhì)pH值增大以及凝膠中偶氮含量降低而增大，掃描電鏡分析證實(shí)偶氮含量高的凝膠具有更致密的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。以維生素B

5、12為模型藥物，研究了載藥水凝膠在不同pH及紫外光照下的藥物釋放行為。通過(guò)體外藥物釋放實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)隨凝膠中偶氮含量增加，藥物釋放速率及累積釋放量均減?。徊煌嫉康妮d藥凝膠在pH7.4緩沖溶液中的藥物釋放速率均高于在pH2.2緩沖溶液中的藥物釋放速率，說(shuō)明該類水凝膠材料具有pH響應(yīng)的藥物釋放行為；且在pH7.4的緩沖溶液中，當(dāng)用波長(zhǎng)為365 nm的紫外光照射時(shí)，水凝膠的釋藥速率以及最終藥物釋放量均高于未光照的水凝膠，因此可利用紫外光照調(diào)

6、控藥物的釋放速率。
　　 (2)光響應(yīng)型支鏈淀粉基納米水凝膠的研究。
　　 合成了含偶氮苯疏水側(cè)鏈的兩親性支鏈淀粉接枝物(Amy-Azo)，利用Amy-Azo在水溶液中的疏水締合交聯(lián)作用，得到光響應(yīng)型支鏈淀粉基納米水凝膠。通過(guò)激光粒度分析和透射電鏡測(cè)定紫外光照前后Amy-Azo納米水凝膠的粒徑，發(fā)現(xiàn)經(jīng)365 nm的紫外光照射后，Amy-Azo納米水凝膠的粒徑增大，且其粒徑隨Amy-Azo中偶氮苯基團(tuán)取代度增大而減小。用芘

7、做熒光探針確定了Amy-Azo在水溶液中的臨界膠束濃度，并利用紫外可見(jiàn)光譜研究了Amy-Azo在H2O/DMSO溶液中的疏水聚集過(guò)程，發(fā)現(xiàn)偶氮生色團(tuán)的反順異構(gòu)化程度和異構(gòu)化速率均隨混合溶液中水含量增加而減小。以吲哚美辛為模型藥物，研究了所形成的納米水凝膠對(duì)藥物的負(fù)載能力，發(fā)現(xiàn)偶氮苯取代度大的Amy-Azo所形成的納米水凝膠具有較高的藥物負(fù)載率和負(fù)載效率。體外釋放實(shí)驗(yàn)表明，隨Amy-Azo中偶氮苯基團(tuán)取代度增大，載藥納米水凝膠的藥物釋放速

8、率及累積釋放量減小；當(dāng)用波長(zhǎng)為365 nm的紫外光照射時(shí)，載藥納米水凝膠的釋放速率以及最終藥物釋放量均高于未光照的納米水凝膠，因此可通過(guò)紫外光照來(lái)調(diào)控納米水凝膠的藥物釋放速率。
　　 (3)光交聯(lián)型殼聚糖基水凝膠的研究。
　　 首先合成了水溶性的羧甲基殼聚糖，再通過(guò)4-硝基肉桂酸活化酯與羧甲基殼聚糖上的氨基反應(yīng)得到可光交聯(lián)的羧甲基殼聚糖衍生物(CMCS-NC);利用CMCS-NC中肉桂酸酯基在365 nm紫外光照下的光二

9、聚反應(yīng)，制備光交聯(lián)型羧甲基殼聚糖基水凝膠。研究了紫外光照時(shí)間和CMCS-NC中肉桂酸酯基取代度對(duì)所得水凝膠溶脹性能、力學(xué)性能及生物降解性的影響，發(fā)現(xiàn)隨光照時(shí)間延長(zhǎng)和CMCS-NC中肉桂酸酯基取代度增大，所得水凝膠的平衡溶脹度和生物降解速率減小，而力學(xué)強(qiáng)度增加。以抗腫瘤藥物鹽酸阿霉素為模型藥物，在無(wú)外加光引發(fā)劑的條件下，研究了該類水凝膠對(duì)鹽酸阿霉素的原位包埋與體外藥物釋放行為，結(jié)果發(fā)現(xiàn)藥物釋放速率隨肉桂酸酯基取代度增大而下降；當(dāng)在釋放介質(zhì)

10、中加入4 mg/mL溶菌酶時(shí)，由于溶菌酶對(duì)凝膠骨架的降解作用，水凝膠的釋藥速率以及最終累積釋藥量均明顯增加。
　　 (4)光交聯(lián)型支鏈淀粉基水凝膠的研究。
　　 基于側(cè)鏈含4-硝基肉桂酸支鏈淀粉衍生物(Amy-NC)的合成，在無(wú)外加光引發(fā)劑的條件下制備光交聯(lián)型支鏈淀粉基水凝膠。通過(guò)紫外可見(jiàn)光譜研究了Amy-NC中硝基肉桂酸酯基的光二聚反應(yīng)過(guò)程，發(fā)現(xiàn)紫外光照1800 s后其交聯(lián)度為38％。研究了紫外光照時(shí)間和Amy-NC溶

11、液濃度對(duì)所得水凝膠溶脹性能、力學(xué)性能及生物降解性的影響，發(fā)現(xiàn)隨光照時(shí)間延長(zhǎng)和Amy-NC溶液濃度增大，所得水凝膠的平衡溶脹度和生物降解速率減小，而力學(xué)強(qiáng)度增加。通過(guò)流變數(shù)據(jù)和分形模型，發(fā)現(xiàn)該水凝膠體系具有分形特征，凝膠形成的驅(qū)動(dòng)力是分子間和分子內(nèi)兩種作用力等同貢獻(xiàn)，屬于過(guò)渡型凝膠。以溶菌酶為蛋白類生物大分子模型藥物，在無(wú)外加光引發(fā)劑的條件下，研究了該類光交聯(lián)水凝膠對(duì)溶菌酶的原位包埋與控制釋放。通過(guò)體外藥物釋放實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)該類水凝膠對(duì)溶菌酶

12、均有一定的緩釋效果，且隨光照時(shí)間延長(zhǎng)及Amy-NC溶液濃度增大，溶菌酶的釋放速率與最終累積釋放量均減小。通過(guò)Peppas方程對(duì)釋放曲線進(jìn)行線性擬合，其n值均在0.45左右，說(shuō)明溶菌酶的釋放機(jī)制屬于Fickian擴(kuò)散。通過(guò)圓二色譜法研究了釋放液中溶菌酶的二級(jí)構(gòu)象，發(fā)現(xiàn)經(jīng)原位光包埋后的溶菌酶可有效地保持其二級(jí)構(gòu)象。通過(guò)微球菌的溶菌實(shí)驗(yàn)測(cè)定溶菌酶的生物活性，發(fā)現(xiàn)藥物釋放48 h后溶液中溶菌酶的相對(duì)活性在83％以上，說(shuō)明經(jīng)原位光包埋后的溶菌酶仍