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《华东理工大学》 2017年
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纳米球形聚(N-羟乙基丙烯酰胺)刷的制备及其抗吸附性能研究

秦雪  
【摘要】:由于具有高比表面积、容易功能化、尺寸可控等特点,纳米微球可以被细胞吞噬,进入器官和组织,其在生物分子学、药物缓释控释、药物靶向治疗及免疫诊断学方面的应用研究取得了很大进展。但是蛋白质、细胞、微生物等在纳米微球表面的吸附,导致微球容易被体内免疫系统识别进而清除出体内,严重影响了临床应用研究。解决以上问题的有效方法之一是在微球表面修饰抗吸附聚合物,使纳米微球具有抗吸附性能。本文利用光乳液聚合法,通过光引发剂HMEM的引发,将具有强亲水性、抗污性能的聚N-羟乙基丙烯酰胺(PHEAA)接枝在聚苯乙烯球核表面,成功合成核壳结构的纳米球形聚合物刷PS@PHEAA。研究了不同蛋白质体系中PS@PHEAA纳米粒子的稳定性和对蛋白质的吸附量,发现PHEAA的修饰明显降低了蛋白质的吸附量,但是由于纳米球形聚合物刷的特殊结构,微量蛋白质会通过静电作用力与核相互作用或者进入柔软的链中导致自聚。本文主要工作如下:(1)通过光乳液聚合合成法在聚苯乙烯(PS)核表面接枝高密度的聚N-羟乙基丙烯酰胺(PHEAA),合成聚苯乙烯核(PS)与聚N-羟乙基丙烯酰胺(PHEAA)的共聚物——PS@PHEAA,利用傅里叶红外光谱仪(FTIR)表征其所含成分,透射电子显微镜(TEM)、扫描电子显微镜(SEM)和动态光散射仪(DLS)表征其形貌和尺寸。用凝胶渗透色谱仪(GPC)测定PHEAA的分子量,计算PHEAA在聚苯乙烯核表面的接枝密度。(2)利用动态光散射仪和高分辨浊度计,测定不同pH和盐浓度下PS@PHEAA在牛血清蛋白(BSA)、溶菌酶(Lyz)两种不同等电点蛋白质体系中的尺寸和浊度,检测PS@PHEAA在不同蛋白质体系中的稳定性。实验结果表明:在高盐浓度时,PS@PHEAA粒径会略微增大,但是在pH和盐浓度条件变化的整个过程中,PS@PHEAA都可以保持单一分散性。浊度数据显示,在不同pH条件下PS@PHEAA与蛋白质无相互作用,在不同盐浓度下,PS@PHEAA与蛋白质有微弱相互作用,当盐浓度增加到150 mM以上时,PHEAA形成假性阳离子导致与蛋白质相互作用有所变化。在复杂蛋白质体系胎牛血清中,PHEAA可以给聚苯乙烯纳米微球提供良好的保护,保持单一分散性。用噻唑蓝比色(MTT)法测试了聚苯乙烯纳米微球修饰前后的细胞相容性,结果表明,PHEAA的修饰不会增加PS@PHEAA的细胞毒性。(3)通过等温滴定量热仪(ITC)测定了不同盐浓度下蛋白质在PS@PHEAA表面的吸附量,实验过程用两种方式制样——配制制样和透析制样,选择误差小的透析制样组数据。结果显示蛋白质在PS@PHEAA表面有微量吸附,不同盐浓度下BSA和Lyz在微球表面吸附量的增量不同:在pH6.8时,带有负电荷的BSA在PS@PHEAA上的吸附量增量大于带有正电荷的Lyz。我们推测是由于此时蛋白质所带电荷不同,带有正电荷的Lyz主要与带有负电荷的聚苯乙烯核通过静电力相互作用,在低盐浓度下已接近吸附饱和。但是带有负电荷的BSA是由于进入柔性链引起自聚,表现出相互作用现象。通过小角X射线散射(SAXS)手段,进一步分析蛋白质在刷层的吸附位置。结果显示,盐浓度增加时,Lyz体系中电子云密度主要在内层增加,BSA体系中电子云密度在每层均匀增加。进一步证实了 ITC的结论,即Lyz主要与核相互作用而BSA主要通过在链中自聚,表现出相互作用现象。
【关键词】:纳米球形聚合物刷 抗吸附 N-羟乙基丙烯酰胺 等温滴定量热(ITC) 小角X射线散射(SAXS)
【学位授予单位】:华东理工大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2017
【分类号】:O633.22
【目录】:
  • 摘要5-7
  • ABSTRACT7-12
  • 第1章 绪论12-28
  • 1.1 引言12-13
  • 1.2 抗吸附材料的研究现状13-21
  • 1.2.1 PEG及其衍生物13-16
  • 1.2.2 两性离子聚合物16-18
  • 1.2.3 改性聚丙烯酰胺/酸脂18-21
  • 1.3 吸附机理21-24
  • 1.3.1 空间位阻理论22
  • 1.3.2 表面电荷理论22-23
  • 1.3.3 水化层理论23-24
  • 1.4 抗吸附材料与蛋白质相互作用的研究方法24-27
  • 1.4.1 和频振动光谱(SFG)25
  • 1.4.2 表面等离子共振(SPR)25-26
  • 1.4.3 X射线光电子能谱26
  • 1.4.4 石英晶体微天平(QCM)26
  • 1.4.5 椭偏计法(Ellipsometry)26-27
  • 1.5 本文研究目的和内容27-28
  • 1.5.1 本文研究目的27
  • 1.5.2 本文研究内容27-28
  • 第2章 纳米球形聚(N-羟乙基丙烯酰胺)刷(PS@PHEAA)的合成及表征28-41
  • 2.1 引言28-29
  • 2.2 实验部分29-35
  • 2.2.1 实验药品与装置29-30
  • 2.2.2 PS@PHEAA聚合物刷的合成30-35
  • 2.3 结果与讨论35-40
  • 2.3.1 HMEM的核磁表征35
  • 2.3.2 PS@PHEAA聚合物刷的表征35-37
  • 2.3.3 PS@PHEAA聚合物刷的接枝密度测定37-40
  • 2.4 本章小结40-41
  • 第3章 纳米球形聚(N-羟乙基丙烯酰胺)刷(PS@PHEAA)的稳定性及细胞相容性研究41-54
  • 3.1 引言41-42
  • 3.2 实验部分42-45
  • 3.2.1 实验药品与装置42-43
  • 3.2.2 缓冲液PBS配置43-44
  • 3.2.3 浊度滴定实验44-45
  • 3.2.4 MTT法测定细胞活性实验45
  • 3.3 结果与讨论45-52
  • 3.3.1 PS@PHEAA聚合物刷在不同条件下的稳定性45-46
  • 3.3.2 PS@PHEAA聚合物刷在单一蛋白质体系中的稳定性46-49
  • 3.3.3 PS@PHEAA聚合物刷在FBS中的抗吸附能力49-52
  • 3.3.4 PS@PHEAA聚合物刷的细胞活性52
  • 3.4 本章小结52-54
  • 第4章 纳米球形聚(N-羟乙基丙烯酰胺)刷(PS@PHEAA)与蛋白质相互作用定量分析54-71
  • 4.1 引言54-55
  • 4.2 等温滴定量热仪(ITC)定量测定蛋白质在PS@PHEAA聚合物刷上的吸附量55-64
  • 4.2.1 ITC测定原理55-56
  • 4.2.2 实验原料和试剂56-57
  • 4.2.3 实验过程57-58
  • 4.2.4 结果讨论58-64
  • 4.3 蛋白质在PS@PHEAA上吸附的SAXS研究64-70
  • 4.3.1 小角X光散射理论及分析模型64-66
  • 4.3.2 实验过程66-67
  • 4.3.3 结果分析67-70
  • 4.4 本章小结70-71
  • 第5章 总结与展望71-73
  • 5.1 全文总结71-72
  • 5.2 展望72-73
  • 参考文献73-79
  • 致谢79-80
  • 硕士期间论文发表情况80

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