丝胶蛋白基环境敏感性互穿网络水凝胶及其在药物控释中的应用

【摘要】：天然蚕丝蛋白质主要包含丝胶蛋白和丝素蛋白两种组成,丝胶蛋白在蚕丝加工过程中大量废弃,是十分宝贵的天然蛋白质资源。研究表明丝胶蛋白具有生物相容性和生物活性等特性,可形成凝胶、膜、泡沫、纤维等应用性材料。为了充分利用丝胶蛋白的功能特性,本文主要以丝胶蛋白为原料,通过互穿网络的方法制备环境敏感性-智能型水凝胶。并对这种环境敏感性水凝胶作为蛋白药物载体,在药物控制释放体系中的应用作了一些有意义的工作。 首先通过同步互穿网络方法制备丝胶蛋白(SS)/聚(N-异丙基丙烯酰胺)(PNIPAAm)为组分的温度敏感性互穿网络(IPN)水凝胶。利用示差量热扫描(DSC)和傅立叶红外光谱(FTIR)分析IPN的相容性,水凝胶均表现为一个玻璃化转变温度(T_g),表明SS与PNIPAAm具有一定的混容性,两者分子间氢键可能促进其混容性。 水凝胶的微观形态对其性能有很大的影响,因此利用透射电镜(TEM)和扫描电镜(SEM)对IPN的微观形态进行研究。TEM照片显示两组分之间存在微相分离,当SS含量为50wt%时,相界模糊,相畴尺寸较小,互穿效果较好。溶胀状态水凝胶的SEM图片显示,水凝胶具有清晰的网络结构,孔壁厚度相差甚微,网孔尺寸随IPN水凝胶中SS含量增加而减小。DSC和热重分析(TGA)研究IPN的最低临界溶解温度(LCST)和热稳定性,LCST随SS含量的增加略有上升,同时SS的热稳定性随着PNIPAAm的加入而增加。 详细研究了SS/PNIPAAm水凝胶的动态溶胀行为,动态退溶胀行为和动态溶胀-退溶胀可逆行为,以及环境温度和溶胀介质pH值对于平衡溶胀度的影响。结果表明低于LCST,溶胀速率受到高分子链的松弛和水分子扩散的共同影响;温度高于LCST,溶胀速率则主要取决于高分子链的松弛。IPN水凝胶表现出良好的温度刺激响应性,在接近LCST附近,平衡溶胀度迅速降低,且PNIPAAm含量越高,其降低程度越明显。同时IPN水凝胶还具有pH值刺激响应性,平衡溶胀度在pH4.4(接近SS的等电点)的介质中出现极小值,在pH7.5的介质中平衡溶胀度相对也较小,是由于盐析效应造成的。平衡溶胀度随组分的不同而不同,因此可以通过改变IPN的组分来调控其溶胀度,以满足药物载体的要求。