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环三磷腈衍生物制备与自组装行为及其药物负载应用研究

李晓丽  
【摘要】:磷腈,由磷、氮单双键交替形成的一种无机大分子骨架,磷原子上易于发生亲核取代反应。由于结构设计的灵活性,性能的多样性、可调性,材料的稳定性、生物可降解性等诸多特性,磷腈在诸多领域具有深入研究开发价值和广阔的应用前景。尤其是磷腈侧臂上引入不同结构和比例的取代基可有效地调节聚合物的水解性能、生物相容性能、生物降解性能,这使得它在控制药物释放、组织工程等生物医学领域成为极具开发潜力的材料。 本论文以环三磷腈为研究对象,设计合成了两种类型的环三磷腈,一种是疏水性环三磷腈,即六色氨酸乙酯苯氧基环三磷腈(HEPCP)和六甘氨酸甲酯苯氧基环三磷腈(HGPCP);另一种是两亲环三磷腈:MMPCP,侧链分别为疏水端甘氨酸甲酯和亲水段聚乙二醇单甲醚(Mw=5000); EMPCP,侧链为疏水端色氨酸乙酯和亲水段聚乙二醇单甲醚(Mw=1000)。采用FT-IR、GPC、MS、NMR等手段对结构进行了表征;采用DSC、TGA、UV、LS、CLSM等方法分析了产物的结晶形态、热稳定性、水解性能和荧光特性;采用透析法、乳化法和反相溶剂技术研究了不同结构的环三磷腈在溶液中的自组装行为;并通过自组装制备了两亲环三磷腈负载抗肿瘤药物姜黄素的体系,构建了多功能载药平台。 通过UV和TGA分析发现,四种环三磷腈衍生物都是热稳定性良好的可降解的生物友好材料;DSC和XRD实验表明HEPCP和HGPCP是无定形态的,而MMPCP和EMPCP由于MPEG链段的有序排列而具有一定的结晶形态;LS和CLSM观察表明HEPCP和HGPCP都有荧光特性,而且可进行细胞成像;细胞毒性试验显示MMPCP和EMPCP的细胞毒性具有浓度依赖性,在浓度较低时毒性较小,荧光显微镜观察MMPCP和EMPCP都分布在除细胞核外的细胞质和其他细胞器中。 疏水性环三磷腈HEPCP和HGPCP通过反相溶剂技术可以获得自组装纳米粒子。所制备纳米粒子的形貌采用SEM和TEM进行观察,并分析了影响组装体形貌的因素;纳米粒子的粒径分布和尺寸稳定性分析用动态光散射仪(DLS)测定;实验结果表明:两种自组装纳米粒子都是表面光滑的规则球形结构,荧光特性较组装前都明显增强,纳米粒子在溶液中储存都可以发生二次组装,因此适合冻干保存。 疏水性环三磷腈的自组装过程可通过临界水含量(cwc)实验分析,其自组装机制采用结构模拟和理论计算并结合实验现象加以阐明。HEPCP自组装纳米粒子的热稳定性增强,cwc值在临界溶液浓度以上,与溶液浓度无关。其自组装过程可阐述如下:由于HEPCP在水中不溶,当溶液中的水含量达到临界值时,体系中形成的微小的W/O空间内,在某一临界浓度以上,每个微小空间内HEPCP分子间距离达足够小,分子间通过疏水的分子间作用力驱动实现有序堆积的自组装过程。然而HGPCP自组装纳米粒子的热稳定性下降,cwc值与溶液浓度相关,且在极稀的溶液中可以实现自组装。HGPCP自组装过程的可能机制是在水分子的参与下,HGPCP分子在分子间氢键的诱导下的有序堆积。 两亲环三磷腈MMPCP,由于MPEG链段较长,甘氨酸甲酯和环三磷腈短臂的酰胺键与水之间形成氢键作用,在水中溶解性良好,通过乳化技术在油水界面可以成功包载疏水性的抗肿瘤药物姜黄素,实现姜黄素的增溶、EPR靶向、缓释的功能。EMPCP通过透析法自组装形成球形纳米粒子,也可以和姜黄素通过分子间作用组装成纳米载药微球,载药微球的粒径变小,尺寸分布较窄。 多元醇法制备的四氧化三铁纳米粒子具有良好的水溶性,胶体稳定性,磁共振成像(MRI)优异性能。TEM和磁性能实验证明两亲环三磷腈成功地将磁性纳米粒子和姜黄素包载,可构建具有磁靶向、磁共振成像、EPR效应、荧光示踪功能的多功能载药平台。


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