功能化超分子水凝胶的研究

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1、中山大学博士学位论文功能化超分子水凝胶的研究摘要基于环糊精主客体相互作用制得的超分子水凝胶，因其制备条件温和、凝胶化过程易于调控、可注射等特点，在药物控释、生物传感、组织工程支架构建等领域有重要应用前景。但到目前为止，该类水凝胶的研究多局限于有关制备条件研究、凝胶物理性质表征以及药物控释应用探索，几乎未见有研究工作涉及该类超分子水凝胶的功能化改性。基于此，本论文工作通过设计合成具有生物功能特性的新型聚合物客体分子和在凝胶形成过程中原位引入功能性无机纳米粒子两种方式制备了功能化的新型超分子水凝胶材料，同时通过流变、电镜、X射线衍射()a乏D)等测试手段研究了体系的凝胶化动

2、力学及其影响因素以及所得超分子水凝胶的微结构特征，并在此基础上探索了该类超分子水凝胶用作生物功能材料的条件和可能性，取得了较好的研究进展。l、基于聚合物客体分子化学修饰的功能化超分子水凝胶(1)利用吲哚美辛化学修饰的聚乙二醇前药分子(MPEG．indo)与洳环糊精(a-CD)的主客体相互作用，制得原位包埋疏水性药物吲哚美辛的超分子水凝胶。XRD表征证实，a．CD通过与MPEG．indo中MPEG链段的主客体作用贯穿到聚合物链上形成管道状结晶的超分子结构；通过流变表征研究了主客体浓度对体系的凝胶化动力学以及凝胶流变性质的影响，发现随体系中a-CD或MPEG．indo浓度的

3、增加，体系的凝胶化过程加快，凝胶的弹性模量增加，其剪切粘度和触变性也随之增加；体外释放实验表明，超分子水凝胶对药物分子的释放持续且可控，持续释放时间达2l天以上，且随a-CD或MPEG．indo浓度的增加，药物的释放速率减慢。药物分子以仅．CD／MPEG．indo复合物的形式从凝胶中释放出来，其释放行为可用Higuchi扩散模型进行描述。体外细胞实验证实，释放出的MPEG-indo对Hep-2喉癌细胞有明显的抑制作用(抑制率达40％以上)。(2)基于肝素化学修饰的聚乙二醇共聚物(Hep-MPEG)与a．CD的主客体相互作用，在温和条件下制得具有生物活性的超分子水凝胶。X

4、RD表征证实了凝胶中超分子结构的形成；通过流变手段研究了主客体浓度对体系的凝胶化动力学以及凝胶物理性质的影响，发现随体系中a-CD或Hep-MPEG浓度的增加，体系的凝胶化时间缩短，凝胶的弹性模量增加，且该超分子水凝胶在高剪切作用下可发生流动(当剪切速率从o．1一增大到lOs．1时，其剪切粘度下降2个数量级)，中山大学博士学位论文撤去作用力后体系在5分钟之内基本可恢复到起始状态，表现出良好的触变性；以牛血清白蛋白(BSA)和Hop．MPEG为模型药物，探索了该超分子水凝胶用作双重药物载体的可能性，体外释放实验结果表明，随体系中a-CD或Hop．MPEG浓度的增加，药物的

5、释放速率减慢，且两种药物的释放机理不同，分别遵循non-Fickian扩散和Fickian扩散模式；体外凝血实验表明，该超分子水凝胶具备良好的生物活性，表现出明显的抗凝血性能，且该凝胶材料具有良好的血液相容性(溶血率S5％)。(3)通过聚赖氨酸化学修饰的聚乙二醇一聚丙二醇一聚乙二醇嵌段共聚物(F．68．PLL)与a．CD的主客体相互作用，制得可用作基因载体的超分子水凝胶。研究发现F．68．PLL在水溶液中首先与DNA形成稳定的复合物胶束(胶束粒径135．8nm，Zeta电位+5．1lnlV)，然后通过与a-CD的主客体作用将DNA原位包埋于凝胶基质中；通过流变手段研究了

6、主客体浓度以及DNA含量对体系凝胶化动力学以及凝胶性质的影响，发现随a-CD或F．68．PLL浓度以及DNA含量的增加，体系的凝胶化时间缩短，凝胶强度增加：DNA凝胶电泳迁移实验表明，超分子水凝胶可与DNA形成稳定的复合物，能有效阻止DNA在电场条件下的迁出；体外释放实验结果表明，超分子水凝胶对DNA有可控且持续释放的效果，随a-CD或F．68．PLL浓度的增加，DNA的释放速率减慢，且DNA是以DNA／F．68．PLL纳米复合物的形式进行释放；体外细胞实验证实，该超分子水凝胶可长时间保持DNA的生物活性，表现出良好的转染效果(转染效率15％左右)，且超分子水凝胶具有良

7、好的生物相容性。2、基于无机纳米粒子原位杂化的功能化超分子水凝胶(1)利用两亲性聚己内酯一聚乙二醇一聚己内酯嵌段聚合物(PCL．PEG．PCL)在水溶液中对磁性纳米粒子的分散稳定作用和与a-CD主体分子的主客体相互作用，制得含磁性纳米粒子的杂化超分子水凝胶。通过紫外一可见光谱(UV．一Ⅵs)、透射电镜(TEM)等手段研究发现，PCL．PEG-PCL对Fc304有良好的分散稳定效果，磁性纳米粒子的粒径在10-18am之间；通过流变表征，研究了主客体浓度以及磁性纳米粒子的引入对体系的凝胶化动力学和凝胶性质的影响，发现随a-CD或PCL．PEG