半互穿水凝胶的合成、性能及高分子基因载体合成

【摘要】：水凝胶是由亲水性高分子交联而成的三维网络结构，它不溶于水，但可吸收大量水分，由天然和合成高分子制备得到的水凝胶在药物控制释放、组织工程等生物医学领域中得到了广泛应用。聚乙烯醇(PVA)是一种水溶性的合成高分子，具有无毒、与生物组织相容等特点，以及优秀的耐酸性和物理性能。由PVA制备的水凝胶以其毒性低、机械性能优良、吸水量高和生物相容性好等优点在生物医学等领域显示出广阔的应用前景。本文第一章简要介绍PVA水凝胶的研究进展，包括PVA水凝胶的制备，复合型PVA水凝胶的种类以及PVA水凝胶的应用。 高代数树形高分子具有球形结构，可以看作单分子微囊。小分子药物通过包合作用包封在树形高分子内，已发展成为新的药物控制释放系统。考虑到聚酰胺-胺树形高分子良好的生物相容性和对药物的包合作用，将聚酰胺-胺树形高分子引入到PVA水凝胶可能提高PVA凝胶的载药量、延长药物的释放时间。第二、三章分别报告了由PVA和术端为氨基、羟基的聚酰胺-胺树形高分子(G6-NH_2，G6-OH)组成的物理交联型水凝胶的制备和性质，并研究了凝胶对五氟脲嘧啶的体外释放。相同组成的PVA/聚酰胺-胺树形高分子物理交联水凝胶的溶胀率和再溶胀速率随着冻融次数的增加而降低。经过相同次数的冻融循环，水凝胶的溶胀率和再溶胀速率随着聚酰胺-胺树形高分子在凝胶中的含量增加而增加。随着温度的升高，PVA／聚酰胺-胺树形高分子水凝胶的再溶胀速率加快。五氟脲嘧啶(5-Fu)的体外释放结果表明聚酰胺-胺树形高分子引入到PVA水凝胶明显提高了PVA凝胶的载药量、延长了药物的释放时间。 黄原胶(xanthan gum)一种天然多糖，无毒性，黄原胶进入人体内，难于参与代谢过程，对体内各组织器官不产生损害，同时，黄原胶主、侧链上含有大量的羟基、羧基等活性基团，可发生醚化脱水、酯化脱水等化学反应，进行功能化接枝，赋予黄原胶新的性能。通过冷冻—融熔方法制备物理交联型的聚乙烯醇／黄原胶水凝胶不含有毒成分，因而对生物体无毒害作用。同时，通过在PVA凝胶网络内引入黄原胶可以改善凝胶的性能。第四章通过冷冻-融熔方法制备了物理交联黄原胶／聚乙烯醇水凝胶，红外光谱证实黄原胶成功地引入到物理交联的PVA水凝胶中。 当PVA和黄原胶混合溶液的组成相同，所得水凝胶的溶胀率和再溶胀速率均随着 冷冻一融熔循环次数的增加而降低。经过相同次数的冷冻一融熔循环，PVAz尹Gum xanthan水凝胶的溶胀率和再溶胀速率比PVA水凝胶高，并且随着黄原胶在凝胶中 的含量增加而增高。 聚(N一异丙基丙烯酞胺)(P NlpA)水凝胶是一种典型的温度敏感性水凝胶，相 转变温度或较低临界溶解温度(LCST)大约在33℃左右。PNIPA水凝胶已经在许多 领域内得到应用，如药物的控制释放、固定化酶和分子分离等。然而，通常的聚 N一异丙基丙烯酞胺水凝胶对温度变化响应速率慢，限制了它的应用，如需要快速 响应速率的化学传感器、人工肌肉等。提高PNIPA水凝胶的响应速率已经引起了 研究者的广泛关注。第五章研究黄原胶/聚N一异丙基丙烯酞胺半互穿水凝胶的制备 及其性能。PNIpA/xanthan gum水凝胶的反射红外光谱证实黄原胶被成功地引入到 PNIPA水凝胶网络体系中。PNlpA/xanthan gum水凝胶与PNIpA水凝胶的LCST相 同，大约在33℃。PNIR叼xanthan gum水凝胶对环境温度变化的响应速率比单纯的 PNIPA水凝胶快。随着PNIR叼xanthan gum水凝胶中黄原胶含量的增加， PMpA/Xanthan gum水凝胶对温度变化的响应速率加快。在低于LCST温度下，随 着PNIpA/xanthan gum水凝胶中黄原胶含量的增加，PN正周xanthan gum水凝胶的 溶胀率明显增大，再溶胀速率也随之增大。 基因传递系统将治疗基因运送到目标部位，是基因药物的组成部分之一。寻 找安全有效的基因载体是体内基因治疗所面临的一个挑战。基因载体通常分为病 毒载体和非病毒载体。病毒载体转染效率高，然而安全隐患制约了它的应用。非 病毒载体安全、易于制备，近年受到广泛关注。阳离子高分子是一类重要的非病 毒基因载体。第六章简要介绍阳离子高分子基因传递载体的研究进展，包括常用 的阳离子高分子基因载体种类、阳离子高分子与DNA分子相互作用形成聚电解质 复合物、复合物的表征;基因传递过程中的细胞外、细胞内屏障以及克服这些屏 障的一些方法等。 聚乙烯亚胺(PEI)是迄今为止最成功的阳离子高分子基因载体。PEI作为基因载 体转染效率高，但是毒性高，不可降解。然而，低分子量的PEI(小于1800)毒性低， 文献报道了许多PEI与其它单体的共聚物基因载体。我们以线形PEI600为原料， 以树形聚酞胺一胺为核合成了星形聚乙烯亚胺(GZ一PEI~G4一PEI)。阳离子多肤是 较早用作基因载体的阳离子高分子，a，p一聚一L一天冬酞胺是一种生物可降解的水溶 恻高分子多肤，毒性低，无免疫反应，作为药物载体在生物医用材料领域得到应 用。我们从L一天冬氨酸出发合成系列阳离子聚天冬氨酸衍生物，包括了a，p一聚 1一(2一呱ll#乙基升L一天冬酞胺(PPEA)、。，p一聚(3一吗啡丙基升L一天冬酞胺(PMPA)、 。，仍一聚(3一咪啤丙基升L一天冬酞胺盐酸盐(HPA·HCI)、。，p一聚(2一胺乙