基于聚乙烯亞胺和樹狀大分子的納米材料的合成、表征及生物醫(yī)學(xué)應(yīng)用.pdf

1、由于在聲、光、電、磁、熱、力學(xué)等方面具有獨特的性質(zhì)，納米材料在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用，成為目前的研究重點之一。特別是近年來發(fā)展的高分子修飾納米材料的興起，更是賦予其獨特理化性質(zhì)，拓展其應(yīng)用領(lǐng)域。本論文研究了基于聚乙烯亞胺(PEI)和氨基末端第五代聚酰胺胺(PAMAM)樹狀大分子(G5-NH2)的穩(wěn)定或包裹金納米顆粒和修飾化碳納米管的合成、表征及其在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用。具體的研究內(nèi)容如下：
　　 (1)利用PEI氨基的反應(yīng)活

2、性，通過乙?；?、羧基化、羥基化以及聚乙二醇化并乙酰化修飾得到具有不同官能團的PEI衍生物(分別命名為PEI-Ac、PEI-SAH、PEI-Gly和PEI-PEG-Ac)。采用核磁共振氫譜(1H NMR)和傅里葉變換紅外光譜(FTIR)對PEI衍生物的結(jié)構(gòu)進行分析，采用納米粒度儀對其表面電勢進行了表征。表征結(jié)果顯示已成功合成具有不同官能團的PEI衍生物。另外，研究表明PEI的乙酰化反應(yīng)是一個可控的化學(xué)計量學(xué)反應(yīng)，部分乙酰化可以為PEI的多

3、功能修飾提供新的思路。未修飾的PEI在10μg/mL時就產(chǎn)生明顯的細胞毒性，而修飾后的PEI衍生物(PEI-Ac，PEI-PEG-Ac，PEI-SAH和PEI-Gly)在濃度高達200μg/mL時都不顯示細胞毒性。這些研究結(jié)果表明通過相對簡單的修飾手段中和或遮蔽PEI的氨基，可以顯著提高其生物相容性。
　　 (2)利用PEI為穩(wěn)定劑和還原劑，通過原位還原法制備金納米顆粒。制備得到的金納米顆粒(PEI-AuNPs)粒徑較小，且具有

4、良好的穩(wěn)定性。由于所制備的PEI-AuNPs表面帶正電荷，負電荷聚合物肝素的加入可以引起PEI-AuNPs的聚集，并表現(xiàn)出顏色的變化(從紅色變?yōu)樽仙?。因此，可以利用這一靜電相互作用建立一種基于光學(xué)比色法的肝素檢測手段。在本論文中，合成的PEI-AuNPs可以定量檢測3-11μg/mL的肝素，且最低檢測限為1.5μg/mL。該方法具有較高的靈敏度和良好的選擇性，而且簡單、快速，有望應(yīng)用于臨床醫(yī)學(xué)檢測領(lǐng)域。
　　 (3)設(shè)計合成基

5、于樹狀大分子的X-射線斷層掃描技術(shù)和磁共振成像(CT/MR)雙模態(tài)成像造影劑，并研究其體內(nèi)外的CT/MR成像性能。將釓離子螯合劑(DOTA-NHS)和羧基化聚乙二醇單甲醚(mPEG-COOH)連接在G5-NH2表面。隨后采用該樹狀大分子為模板合成金納米顆粒，并將釓離子螯合進樹狀大分子表面的DOTA分子中。最后將樹狀大分子表面剩余氨基乙?；玫交跇錉畲蠓肿拥腃T/MR雙模態(tài)成像造影劑(G5-Gd/Au)。通過1H NMR、透射電子顯微

6、鏡(TEM)、紫外可見分光光度計(UV-Vis)等手段研究其結(jié)構(gòu)，并以CT和MR等手段對其成像性能進行體外評價。隨后將該多功能納米顆粒用于體內(nèi)CT/MR成像研究，并對其在體內(nèi)的分布代謝情況進行研究。結(jié)果表明，G5-NH2表面修飾了8.8個DOTA分子和18.0個PEG分子，螯合并吸附了27個釓離子，包裹了250個金原子。G5-Gd/Au中金納米顆粒尺寸分布較窄，具有良好的分散性。X-射線衰減強度測試結(jié)果表明，G5-Gd/Au具有較高的X

7、-射線衰減強度及良好的成像對比度。MR測試結(jié)果表明，G5-Gd/Au有較高的r1弛豫率及優(yōu)良的成像對比度。體內(nèi)CT和MR成像研究表明，G5-Gd/Au顯示良好的CT和MR成像效果，能夠顯著提高成像對比度。體內(nèi)組織分布研究表明，所制備的多功能納米顆粒具有較長的血液循環(huán)時間，隨著時間的增加可以在主要器官中代謝并清除掉。因此合成的基于樹狀大分子的CT/MR雙模態(tài)造影劑有望應(yīng)用于生物醫(yī)學(xué)成像領(lǐng)域。
　　 (4)通過載藥量和包封率兩個指標

8、優(yōu)化獲得了多壁碳納米管(MWCNTs)負載阿霉素(DOX)的最佳條件為：pH9.5，投料質(zhì)量比1:1，濃度均為1 mg/mL。同時合成了修飾有異硫氰酸熒光素(FITC)和靶向分子(FA)的多功能化樹狀大分子修飾的MWCNTs(MWCNT-G5-FI-FA-Ac和MWCNT-G5-FI-Ac)，并應(yīng)用優(yōu)化的條件負載DOX，得到具有pH敏感性、靶向性和熒光示蹤功能的藥物載體系統(tǒng)。該載藥系統(tǒng)的載藥量和包封率都高達98％，體外釋放研究表明，制備

9、的DOX/MWCNT-G5-FI-FA-Ac和DOX/MWCNT-G5-FI-Ac載藥系統(tǒng)實現(xiàn)了在微酸性環(huán)境下控制釋放的目標。在pH=5.4的醋酸鹽緩沖液中可以很好地釋放，而在pH=7.4的PBS緩沖液中釋放很少，達到了在腫瘤組織微酸性環(huán)境中特異性釋放藥物發(fā)揮藥效，而在血液或正常組織環(huán)境中較少釋放，減少毒副作用的目的。其體外毒性實驗表明，負載到多功能化MWCNTs上的DOX可以有效地殺死人口腔表皮樣癌(KB)細胞。KB細胞形貌觀察、MT