光响应和光交联型多糖基水凝胶的研究.doc

光响应和光交联型多糖基水凝胶的研究 中山大学博士学位论文光响应和光交联型多糖基水凝胶的研究姓名:扈蓉申请学位级别:博士专业:高分子化学与物理指导教师:张黎明20100601中山大学博士学位论文光响应和光交联型多糖基水凝胶的研究摘 要近年来,环境敏感性聚合物水凝胶的设计合成与应用研究十分活跃,尤其以光敏感性聚合物水凝胶的研究最受人们瞩目由于光源安全、清洁、易于使用和控制,与其它环境敏感性聚合物水凝胶相比,光敏感性聚合物水凝胶在化学传感器、记忆元件开关、药物控释、固定化酶、组织工程等领域具有更广阔的应用前景多糖来源广泛,具有优良的生物相容性、生物可降解性和无毒性,被认为是一种非常理想的生物医药材料本论文以天然多糖为基本原料,设计合成了光响应型聚合物水凝胶及光交联型聚合物水凝胶,对所得水凝胶的溶胀性能、力学性能、光响应行为以及在药物控释等方面的应用进行了探索研究本工作的主要创新包括以下几点:以葡聚糖为基本原料,合成了具有及光响应的水凝胶,并将其用作药物控释载体,同时利用紫外光照调控药物释放速率合成了偶氮苯改性的两亲性支链淀粉接枝物,利用其在水溶液中的疏水缔合交联作用得到可对疏水药物进行包埋和光控释放的新型纳米水凝胶。

首次将.硝基肉桂酸化学偶联到羧甲基壳聚糖大分子链上,在无力光引发剂的条件下,利用肉桂酸基团在 紫外光照下的光二聚反应,制备光交联型羧甲基壳聚糖基水凝胶首次合成了.硝基肉桂酸改性的支链淀粉衍生物,在无外加光引发剂条件下,采用光交联方法对蛋白类生物大分子如溶菌酶实现了原位包埋,经原位光包埋后的溶菌酶可有效地保持其二级构象及生物活性本论文主要研究内容和结论概括如下:光及响应型葡聚糖基水凝胶的研究以二甲基亚砜为溶剂、偶氮二异丁腈为引发剂,将甲基丙烯酸缩水甘油酯改性的葡聚糖与偶氮单体.’.丙烯酰氧基苯基偶氮苯甲酸自由基共聚交联,合成了具有光及响应性的葡聚糖基水凝胶红外光谱和核磁共振氢谱证实了合成单体及水凝胶的结构,并通过元素分析确定了凝胶中偶氮苯含量通过溶胀实验,发现所得水凝胶的平衡溶胀度随介质值增大以及凝胶中偶氮含量降低而增大,扫描电镜分析证实偶氮含量高的凝胶具有更致密的网络结构以维生素为模型药物,研究了载药水凝胶在不同及紫外光照下的药物释放行为通过体外药物释放实验,发现随凝胶中偶氮含量增加,药物释放速率及累积释放量均中山大学博士学位论文.缓冲溶液中的药物释放速率均高于在减小;不同偶氮含量的载药凝胶在.缓冲溶液中的药物释放速率,说明该类水凝胶材料具有响应的药物释.的缓冲溶液中,当用波长为 的紫外光照射时,水凝放行为;且在胶的释药速率以及最终药物释放量均高于未光照的水凝胶,因此可利用紫外光照调控药物的释放速率。

光响应型支链淀粉基纳米水凝胶的研究合成了含偶氮苯疏水侧链的两亲性支链淀粉接枝物.,利用?在水溶液中的疏水缔合交联作用,得到光响应型支链淀粉基纳米水凝胶通过激光粒度分析和透射电镜测定紫外光照前后.纳米水凝胶的粒径,发现经的紫外光照射后,纳米水凝胶的粒径增大,且其粒径随中偶氮苯基团取代度增大而减小用芘做荧光探针确定了.在水溶液中的临界胶束浓度,并利用紫外可见光谱研究了.在/溶液中的疏水聚集过程,发现偶氮生色团的反顺异构化程度和异构化速率均随混合溶液中水含量增加而减小以吲哚美辛为模型药物,研究了所形成的纳米水凝胶对药物的负载能力,发现偶氮苯取代度大的.所形成的纳米水凝胶具有较高的药物负载率和负载效率体外释放实验表明,随中偶氮苯基团取代度增大,载药纳米水凝胶的药物释放速率及累积释放量减小;当用波长为 的紫外光照射时,载药纳米水凝胶的释放速率以及最终药物释放量均高于未光照的纳米水凝胶,因此可通过紫外光照来调控纳米水凝胶的药物释放速率光交联型壳聚糖基水凝胶的研究首先合成了水溶性的羧甲基壳聚糖,再通过.硝基肉桂酸活化酯与羧甲基壳聚糖上的氨基反应得到可光交联的羧甲基壳聚糖衍生物.:利用.中肉桂酸酯基在 紫外光照下的光二聚反应,制备光交联型羧甲基壳聚糖基水凝胶。

研究了紫外光照时间和?中肉桂酸酯基取代度对所得水凝胶溶胀性能、力学性能及生物降解性的影响,发现随光照时间延长和中肉桂酸酯基取代度增大,所得水凝胶的平衡溶胀度和生物降解速率减小,而力学强度增加以抗肿瘤药物盐酸阿霉素为模型药物,在无外加光引发剂的条件下,研究了该类水凝胶对盐酸阿霉素的原位包埋与体外药物释放行为,结果发现药物释放速率随肉桂酸酯基取代度增大而下降;当在释放介质中加入/溶菌酶时,由于溶菌酶对凝胶骨架的降解作用,水凝胶的释药速率.以及最终累积释药量均明显增加Ⅱ中山大学博士学位论文光交联型支链淀粉基水凝胶的研究基于侧链含.硝基肉桂酸支链淀粉衍生物.的合成,在无外加光引发剂的条件下制备光交联型支链淀粉基水凝胶通过紫外可见光谱研究了后其.中硝基肉桂酸酯基的光二聚反应过程,发现紫外光照交联度为%研究了紫外光照时间和.溶液浓度对所得水凝胶溶胀性能、力学性能及生物降解性的影响,发现随光照时间延长和.溶液浓度增大,所得水凝胶的平衡溶胀度和生物降解速率减小,而力学强度增加通过流变数据和分形模型,发现该水凝胶体系具有分形特征,凝胶形成的驱动力是分子间和分子内两种作用力等同贡献,属于过渡型凝胶以溶菌酶为蛋白类生物大分子模型药物,在无外加光引发剂的条件下,研究了该类光交联水凝胶对溶菌酶的原位包埋与控制释放。

通过体外药物释放实验,发现该类水凝胶对溶菌酶均有一定的缓释效果,且随光照时间延长及.溶液浓度增大,溶茵酶的释放速率与最终累积释放量均减小通过方程对释放曲线进行线性拟合,其甩值均在.左右,说明溶菌酶的释放机制属于扩散通过圆二色谱法研究了释放液中溶菌酶的二级构象,发现经原位光包埋后的溶菌酶可有效地保持其二级构象通过微球菌的溶菌实验测定溶菌酶的生物活性,发现药物释放 后溶液中溶菌酶的相对活性在%以上,说明经原位光包埋后的溶菌酶仍具有良好的生物活性关键词:多糖,光响应,光交联,水凝胶,药物控释载体中山大学博士学位论文: .,.,堍,?,,,, ,, ,.. ,. . , ..? . .? . .舶 , , . .中山大学博士学位论文 %.嬲: 丘 . ,.,,. .. ., . . . ./,, .,.&.,中山大学博士学位论文/?., /??.. / ... . ? .. , , ., , ., ?/ ,..?.中山大学博士学位论文.,%. , . , .. . , .圮.%:;;;;Ⅱ原创性声明本人郑重声明:所呈交的学位论文,是本人在导师的指导下,独立进行研究工作所取得的成果。

除文中已经注明引用的内容外,本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果对本文的研究作出重要贡献的个人和集体,均已在文中以明确方式标明本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担学位论文作者签名:扈袭日期:口年月日学位论文使用授权声明本人完全了解中山大学有关保留、使用学位论文的规定,即:学校有权保留学位论文并向国家主管部门或其指定机构送交论文的电子版和纸质版,有权将学位论文用于非赢利目的的少量复制并允许论文进入学校图书馆、院系资料室被查阅,有权将学位论文的内容编入有关数据库进行检索,可以采用复印、缩印或其他方法保存学位论文导师硌彳踞硎学位论文储躲扈袭日期:伽年月日 日期:?年‘月 日知识产权保护声明我所提交答辩的学位论文,是本人在导师指导下完成的成果,该成果属于中山大学化学与化学工程学院,受国家知识产权法保护在学期间与毕业后以任何形式公开发表论文或申请专利,均需由导师作为通讯联系人,未经导师的书面许可,本人不得以任何方式,以任何其它单位作全部和局部署名公布学位论文成果本人完全意识到本声明的法律责任由本人承担学位论文作者签名:惩袭日期:伽年月日中山大学博士学位论文第章 绪论.聚合物水凝胶概述聚合物水凝胶是一种能在水中溶胀并保持大量水分而不溶解的聚合物网络。

自从和【】在二十世纪五十年代制备了具有三维网络结构的聚合物水凝胶以来,水凝胶材料在日用品、工业用品、环境工程及食品工程等方面得到了广泛应用例如:基于聚丙烯酸盐及丙烯酸盐与海藻酸钠接枝共聚物的水凝胶可用于婴儿尿布等卫生用品;和】采用腐植酸钠/聚丙烯酰胺水凝胶进行染料脱色;在缺水干旱地区,用水凝胶作为保水剂具有显著的节水效果州;此外,基于鸡蛋白蛋白、大豆蛋白和乳清蛋白【等蛋白类水凝胶可稳定或提高食品的结构和性能,并能增加食品的营养价值【】聚合物水凝胶的物理性质与生物体软组织相似,具有吸水溶胀且保持大量水分、良好的生物相容性和可生物降解性等优点,其在生物医药领域的应用研究引起了人们极大的兴趣,可用作烧伤涂敷物、药物载体、生物分子和细胞载体、补齿材料、组织工程支架材料等例如:等报道了一种原位形成的水凝胶敷料,由明胶与氧化海藻酸盐在加入微量的硼酸溶液的条件下交联而形成的,这种原位形成的水凝胶敷料能黏附在复杂形状的伤口上,具有良好的顺应性等【用铝碳酸镁/聚丙烯酸如聚Ⅳ异丙基丙烯酰胺杂化水凝胶对带有不同电荷的药物分子吲哚美辛、咖啡因、结晶紫和苯酚红进行负载并研究其体外释放行为,结果显示与聚合物带电性质相同的药物释放速率较快,而与之相反的药物则释放速率较慢。

等【】用可被金属蛋白酶降解的端巯基多肽对带有靶向配体的聚醇进行交联,制得可用于负载/聚乙烯亚胺复合物的水凝胶,经研究发现包埋后的保有%活性,复合物的包埋不影响凝胶的力学性能,并通过对间充质干细胞的转染实验证明了该载体的优越性等【】通过将壳聚糖与磷酸三钙交联形成一种可用于口腔齿骨修复的支架材料,实验发现此支架材料可以促进齿骨的生成水凝胶种类繁多,基于不同的标准有不同的分类方法,最常用的分类方法有如下种:根据水凝胶网络的交联方式,可分为物理凝胶和化学凝胶;根据其合成材料的不同,可分为合成高分子水凝胶、天然高分子水凝胶和杂化水凝胶;根据水凝胶对外界刺激的响应情况,可分为传统水凝胶和环境敏感水凝胶中山大学博士学位论文近二十多年来,环境敏感聚合物水凝胶的设计合成与应用研究十分活跃这类凝胶对外界刺激能产生响应,其自身的物理性质或化学性质可以随外界环境改变而发生相应的变化外界刺激因素包括温度、、溶剂、压力、离子、光、电场、磁场、声波、化学物质等,有些水凝胶可以对两种或两种以上的刺激做出响应,当这些刺激信号发生变化时,凝胶的自身性质如相态、体积、形状、分子极性、反应速率或识别性能等随之发生变化因此,环境敏感聚合物水凝胶在化学传感器、转换器、记忆元件开关、人造肌肉、药物控释、固定化酶、组织工程等领域具有良好的应用前景。

近年来,人们对温度敏感性、值敏感性、生物分子敏感性等聚合物水凝胶进行了广泛的研究】,而光敏感性聚合物水凝胶的研究还处于起步阶段由于光源安全、清洁、易于使用和控制,与其它环境敏感性聚合物水凝胶相比,光敏感性聚合物水凝胶无论是在工业领域还是生物医学领域都具有广阔的应用前剥】下面我们重点介绍光响应型聚合物水凝胶以及光交联型聚合物水凝胶光响应型聚合物水。