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海藻酸钠基pH值和温度敏感性水凝胶的制备及其性能研究

高春梅  
【摘要】:本论文以具有生物相容性和生物可降解性的天然高分子海藻酸钠(SA)为原料之一,研究了氧化海藻酸钠(OSA)及其水凝胶的可控降解行为;考察了SA和OSA与牛血清白蛋白(BSA)在水溶液中的相互作用;通过接枝、半互穿聚合物网络(Semi-IPN)等技术制备了氧化海藻酸钠接枝聚(甲基丙烯酸二甲氨基乙酯)(OSA-g-PDMAEMA)凝胶粒子、PDMAEMA/OSA Semi-IPN水凝胶、聚(甲基丙烯酸二甲氨基乙酯-co-甲基丙烯酸缩水甘油酯)/海藻酸钠(P(DMAEMA-co-GMA)/SA)半互穿聚合物网络水凝胶和改性海藻酸钠/聚丙烯酸(MSA/PAA)纳米凝胶;用傅里叶变换红外光谱(FTIR)、核磁共振光谱(HNMR)、扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)和示差扫描量热仪(DSC)等对上述水凝胶进行了表征;研究了上述水凝胶对pH值、温度和离子强度的响应行为,考察了上述水凝胶在不同条件下的药物释放行为。本学位论文取得的主要结果有: 1.采用高碘酸钠(NaIO_4)氧化法合成了具有不同氧化度的OSA,用粘度法研究了OSA分子在PBS缓冲溶液中的降解行为;采用碳酸钠/葡萄糖内酯原位凝胶法制备了OSA水凝胶,用SEM观察了OSA水凝胶的截面形貌,用称重法测定了OSA水凝胶在PBS和Tris-HCl缓冲溶液中的降解行为,用DSC研究了OSA水凝胶的降解机理。结果表明:改变NaIO4与SA的糖醛酸单元的摩尔比,可以得到不同氧化度的OSA;氧化度越大,OSA的分子量越小,OSA及其水凝胶的降解速度越快,且OSA水凝胶的降解为本体降解。此研究工作为海藻酸钠基水凝胶的可控制降解奠定了理论基础。 2.采用荧光光谱和紫外/可见吸收光谱研究了不同氧化度的OSA与BSA在水溶液中的相互作用,用MTT法考察了不同氧化度OSA的细胞毒性。结果表明:OSA对BSA具有荧光猝灭作用,且猝灭方式为静态猝灭;OSA与BSA通过氢键和静电作用形成了OSA-BSA复合物,但是OSA不会改变BSA的分子构象;氧化度≤30%的OSA对细胞无毒性,可以用作药物载体。 3.将带有端氨基的聚(甲基丙烯酸二甲氨基乙酯)(PDMAEMA-NH2)与OSA分子链中的醛基反应生成席夫碱键,合成了OSA-g-PDMAEMA聚合物,并以CaCl_2为交联剂制得了OSA-g-PDMAEMA凝胶粒子,研究了该凝胶粒子的pH值和离子强度敏感性,考察了该凝胶粒子在不同介质中对BSA的释放行为。结果表明:OSA-g-PDMAEMA凝胶粒子具有pH值和离子强度敏感性;药物的释放速度与接枝率和介质的pH值有关,在pH=7.4的条件下,PDMAEMA接枝侧链可以减缓药物的释放速度。 4.以过硫酸铵(APS)为引发剂,N,N’-亚甲基双丙烯酰胺(NNMBA)为交联剂,PDMAEMA微凝胶为添加剂制备了PDMAEMA/OSA Semi-IPN水凝胶;用FTIR、DSC、元素分析和SEM对该水凝胶进行了表征,考察了该水凝胶的溶胀/退溶胀动力学和pH值/温度敏感性,研究了该水凝胶在不同pH值条件下对BSA的释放行为。结果表明:改变PDMAEMA微凝胶的添加量,可以改变Semi-IPN水凝胶的网络孔洞的大小;PDMAEMA微凝胶的含量越多,Semi-IPN水凝胶的溶胀和退溶胀的速度越快;BSA的释放行为依赖于Semi-IPN水凝胶的网络孔洞的尺寸和环境的pH值。 5.以DMAEMA中的叔胺基团催化GMA中的环氧基开环聚合,并以偶氮二异丁腈(AIBN)同步引发双键自由基聚合,合成了P(DMAEMA-co-GMA)/SA Semi-IPN水凝胶;用~1H NMR和FTIR研究了DMAEMA和GMA的聚合机理,通过SEM观察了该水凝胶的截面形貌,研究了该水凝胶对氨茶碱的释放行为,并以MTT法和蛋白质变性实验检测了该水凝胶的细胞毒性和生物相容性。结果表明:P(DMAEMA-co-GMA)/SA Semi-IPN水凝胶具有pH值和温度敏感性;互穿到凝胶网络中的SA的量越多,Semi-IPN水凝胶的机械强度越好;该水凝胶的药物释放行为依赖于凝胶的组成和环境的pH值;该水凝胶对细胞无毒性,且不会引起蛋白质变性,具有较好的生物相容性。 6.用GMA对SA进行改性,使海藻酸钠的分子链上带有双键,再以APS为引发剂,采用乳液聚合技术合成了MSA/PAA纳米凝胶;用FTIR、元素分析和TEM对MSA/PAA纳米凝胶进行了表征,研究了pH值和离子强度对纳米凝胶溶液的透光率的影响,考察了该纳米凝胶对5-氨基水杨酸(5-ASA)的释放行为,用MTT法检测了该纳米凝胶的细胞毒性。结果显示:MSA/PAA纳米凝胶为球形,粒径约为50-100 nm;该纳米凝胶对pH值和离子强度具有较快的响应速度,粒径越小,响应速度越快;该纳米凝胶对药物的释放行为依赖于纳米凝胶的粒径和介质的pH值;该纳米凝胶基本对细胞无毒性,可以作为结肠部位的药物缓释载体。


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