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基于多糖的全亲水性接枝共聚物的合成及其水相自组装行为研究

窦红静  
【摘要】:近年来,水溶性聚合物纳米粒子由于其具有的临界胶束浓度低,稳定性好等特点,被广泛应用于生物医学各领域。自组装法是一种重要的水相聚合物纳米粒子制备方法。传统的自组装方法是利用两亲性嵌段或接枝聚合物在水介质中基于亲水-疏水平衡形成以疏水链段为核,亲水链段为壳的纳米粒子。但由于疏水链及此法制备初期必要引入的有机溶剂通常都不是生物相容的,因此难于满足生物医药领域的要求。生物科技的发展使得纳米粒子制备相关领域出现了以下新趋势和新要求:(1)全亲水性 由全亲水性共聚物制备纳米粒子是利用其某些链段对环境刺激的敏感性,相应条件下使其在水中的溶解性能发生改变,从而不需有机溶剂的引入即可在全亲水环境中制备胶束;(2)刺激响应性 是指纳米粒子的结构、物理性质、化学性质可随外界环境(如pH值、温度、离子强度、光、电等刺激信号)改变而改变,这种响应体现了纳米粒子的智能性;(3)生物相容性 在生物医学领域应用的材料必须具有生物相容性;(4)中空性 具有中空结构的纳米粒子做载体或反应器可大大提高负载和装载大体积的分子5)高浓度 传统自组装方法制备的胶束浓度很低( 5mg/ml),而制备高浓度的纳米粒子溶液,显然有助于实现规模制备。 这里我们根据以上自组装领域的新趋势对论文工作进行了设计,我们选择了具有生物相容性且来源广泛的水溶性多糖基天然高分子与多种单体共聚,得到了一系列具有环境响应特点的全新水性接枝共聚物。根据不同接枝链的特点,通过改变温度、pH和交联度等条件制备了各种环境响应的纳米粒子和空心球。对某些体系,我们实现在高浓度下的胶束制备;特别是还首次观察到了完全由pH控制的纳米粒子和空心球间的可逆转变。 具体主要开展了以下几方面的研究工作: (1) 以水溶性纤维素醚HEC为起始物,在(NH4)2Ce(NO3)6/HNO3体系催化下使HEC大分子链羟基碳上产生活性点,引发丙烯酸接枝共聚,得到基于纤维素的全亲水性接枝共聚物HEC-g-PAA。对共聚物作了表征:用纤维素酶催化降解法使纤维素主链降解,得到PAA接枝链;通过粘度法测定了PAA接枝链分子量及接枝密度和共聚物分子量。结合动态和静态光散射,得到HEC-g-PAA共聚物的Mw,Rg?Rh炔问? WP=9 (2) 首次发现了HEC-g-PAA的pH诱导胶束化行为.发现胶束化的临界pH值在3附近,根据溶液行为的不同将从酸到碱的pH区域划分为三个pH区域,即:稳定胶束区(RegimeⅢ)、不稳定胶束区(RegimeⅡ)和溶解区(RegimeⅠ)。证实胶束化机理是由于低pH下PAA接枝链上的给质子基与HEC主链上的质子受体间的氢键络合物成“核”,未络合的HEC链段形成胶束“壳”。对pH=1.3时胶束的形态进行了TEM和SEM观察,发现由于HEC主链的半刚性,胶束未经染色即可呈现明显的“核”-“壳”结构。温度对稳定胶束形成区HEC-g-PAA的胶束化行为具有明显影响,高温下胶束粒径增加。 (3) 将HEC-g-PAA胶束“核”中的PAA链进行化学交联,可以得到稳定的纳米粒子。该纳米粒子在pH3时为实心球,pH则为纳米空心球。调节pH值可以控制空心球和实心粒子间的可逆转变。对交联后纳米粒子的pH控制的可逆形貌转变机理进行了探讨,提出空心球形成原因是中性条件下PAA接枝链与HEC主链的络合解缔,使胶束络合物“核”解体,粒子出现中心的“空洞”。DLS、SLS、TEM、SEM、AFM研究表明实心纳米粒子和空心球之间的转变完全可逆,可由pH的转变来控制。在中性水中,随交联程度增加,球粒径减小,同时形态也有变化:由多孔壁到具有完整壁的空心球,继而到溶胀的“凝胶网络”形态。初步尝试并证实了不同交联程度纳米空心球在纯水介质中对小分子药物-Diminazene aceturate (DA)的负载。 (4) 以葡聚糖Dextran为起始物,在(NH4)2Ce(NO3)6/HNO3体系催化下分步引发N-异丙基丙烯酰胺和丙烯酸接枝共聚,得到基于Dextran的多接枝共聚物Dextran-g-(PNIPAMPAA),以结合PNIPAM的温敏性和PAA的pH敏感性得到具有两种响应特点的新型共聚物。用元素分析法和重量法相结合对Dextran-HEC-g-(PNIPAMPAA)中Dextran主链、PNIPAM支链和PAA支链的重量比和摩尔比进行了表征。用DLS对所合成的系列共聚物的pH敏感和温度敏感性溶液行为进行了研究,发现在酸性条件下共聚物不能在水溶液中稳定存在,碱性条件时在常温共聚物基本无大的络合物聚集体形成。温度高于PNIPAM的LCST时,溶液中形成温度诱导胶束,变温1H NMR证实此胶束的成核是由于高温下PNIPAM支链的疏水聚集所致。用TEM和SEM相结合观察了所形成的胶束形态,发现胶束粒子为圆形实心粒子,粒径在100-200nm之间。 WP=10 (5) 发现Dextran-g-(PNIPAMPAA)在碱性水中,当温度升至PNIPAM的LCST以上时可得以PNIPAM为“核”、Dextran主链为“内壳”、离子化的PAA链为“外壳”的三层胶束。高浓度(约30mg/ml)下对胶束“外壳”Dextran进行了交联,得到经化学交联稳定的高浓度纳米粒子水溶液,将此溶液冷冻干燥可方便制得纳米粒子粉末,此粉末可再次溶于水中得到均匀稳定的胶束水溶液。此法克服了传统自组装法难以得到高浓度“壳”交联胶束水溶液的缺点,为纳米粒子的规模制备提供了可能。用TEM和SEM相结合观察了经


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