醛肼交聯(lián)型PNIPAM復合水凝膠的制備及性能研究.pdf

1、可注射水凝膠因與人體組織高度的相似性且可快速原位交聯(lián)成型，在組織工程、藥物控釋、生物傳感等領(lǐng)域具有廣泛的應用。但水凝膠動態(tài)穩(wěn)定性較差，在人體持續(xù)低剪切力作用下極易被破壞，而后隨著體液的稀釋流失，因此如何提高水凝膠力學性能是可注射水凝膠領(lǐng)域研究的重點。本課題采用天然大分子基的納米淀粉粒子(SNPs)作為補強材料，以天然可降解的醛化糊精作為大分子交聯(lián)劑，利用醛肼交聯(lián)反應，制備了具有溫敏性和解交聯(lián)性的補強型可注射聚(N-異丙基丙烯酰胺)(PN

2、IPAM)復合水凝膠。論文主要工作如下:
　　1.PNIPAM前驅(qū)體poly(NIPAM-co-AA)-hdz的制備與表征。首先以N-異丙基丙烯酰胺(NIPAM)為主單體、丙烯酸（AA）為功能單體，通過自由基聚合，制備了poly(NIPAM-co-AA)聚合物;然后在偶聯(lián)劑作用下，通過己二酸二酰肼(ADH)的肼基與poly(NIPAM-co-AA)側(cè)鏈羧基的脫水縮合反應，制備了肼基化共聚物poly(NIPAM-co-AA)-hdz

3、。用傅里葉變換紅外光譜儀(FTIR)、凝膠滲透色譜儀(GPC)對聚合物的結(jié)構(gòu)、分子量及其分布進行了表征;用電導滴定法對聚合物的羧基含量進行了測定，并計算了聚合物的肼基化率。結(jié)果表明，當NIPAM與AA質(zhì)量比為2∶1時，poly(NIPAM-co-AA)的數(shù)均分子量19100g·mol-1，重均分子量38300g·mol-1(PDI=2.00)，低于人體腎截留分子量;poly(NIPAM-co-AA)-hdz肼基化率高達98.9％，肼基含

4、量為39.81×10-4mol·g-1。
　　2.大分子交聯(lián)劑醛化糊精的制備與表征。以天然、無毒且可降解的糊精為原料，高碘酸鈉(NaIO4)為氧化劑，制備了一系列不同醛基含量的醛化糊精?？疾炝朔磻獪囟取⒎磻獣r間及氧化劑用量對醛基化率的影響，并用電導滴定法測定了醛化糊精中的醛基含量，用FTIR對醛基化前后聚合物的結(jié)構(gòu)進行了表征。結(jié)果表明，可通過控制氧化劑NaIO4與醛化糊精鄰位羥基的比例來控制醛化糊精的氧化度;當糊精與高碘酸鈉質(zhì)量比

5、為15∶8時，醛化糊精中醛基含量為40.30×10-4mol·g-1，醛基化率為80.9％。
　　3.補強劑納米淀粉粒子SNPs的制備與表征。以天然多糖淀粉為原料，硼酸為交聯(lián)劑，Span80為表面活性劑，采用反相微乳液法制備了一系列不同粒徑及粒徑分布的SNPs?？疾炝嘶旌先軇┍壤c用量、表面活性劑和交聯(lián)劑用量、反應溫度及反應時間對SNPs粒徑及粒徑分布的影響;分別用掃描電子顯微鏡(SEM)、透射電子顯微鏡(TEM)、Zeta電位及

6、激光粒度儀對SNPs形貌、水中分散性、粒徑及其分布進行了表征。結(jié)果表明，表面活性劑用量越多、交聯(lián)劑用量越少，SNPs的粒徑越小。當表面活性劑占混合溶劑的2.0％、交聯(lián)劑用量為淀粉質(zhì)量的0.05％時，可制得平均粒徑56-100nm，多分散系數(shù)0.229的SNPs。
　　4.水凝膠的制備與表征。以SNPs為補強材料，以醛化糊精為大分子交聯(lián)劑，在37℃下通過醛肼交聯(lián)反應制備了復合型PNIPAM復合水凝膠?？疾炝巳╇禄鶊F的含量、PNIPA

7、M前驅(qū)體poly(NIPAM-co-AA)-hdz溶液濃度和大分子交聯(lián)劑醛化糊精溶液濃度等對水凝膠固化成型時間的影響，并用SEM對經(jīng)二氧化碳超臨界干燥后的補強水凝膠進行了形貌表征。結(jié)果表明，水凝膠干燥后微觀結(jié)構(gòu)為多孔的三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，形狀為球形的SNPs均勻分布于三維網(wǎng)絡(luò)中。前驅(qū)體聚合物poly(NIPAM-co-AA)-hdz的溶液濃度越大，水凝膠成型時間越短;隨著溫度的升高，水凝膠交聯(lián)反應時間先降低后升高。
　　5.水凝膠的性能

8、測試。本實驗對制備的水凝膠及經(jīng)SNPs補強后的復合水凝膠進行了動態(tài)模量、溫敏性、解交聯(lián)性、藥物緩釋性、細胞毒性的測試。
　　(1)動態(tài)模量。用平行板流變儀對SNPs復合前后的水凝膠儲能模量(G')進行了測定?？疾炝饲膀?qū)體poly(NIPAM-co-AA)-hdz聚合物和醛化糊精濃度對未復合的水凝膠儲能模量的影響;考察了SNPs用量對復合后的復合水凝膠儲能模量的影響。結(jié)果表明，前驅(qū)體聚合物濃度在4.5-11.0wt％之間時，隨著前驅(qū)

9、體聚合物濃度增大，未復合水凝膠的動態(tài)模量依次升高。且當前驅(qū)體聚合物濃度為9.0wt％時，水凝膠成型速率較快。此外，當醛化糊精溶液濃度在0.5-4.0wt％之間時，隨著SNPs用量增大，復合后的水凝膠的儲能模量呈現(xiàn)先增大后減小的趨勢，其中在粒子濃度為1.5wt％時，復合水凝膠的動態(tài)模量達到最大值399.2KPa。比較粒子復合前后動態(tài)模量測試結(jié)果可知，前驅(qū)體聚合物濃度為9.0wt％時，未復合的水凝膠儲能模量為89.6KPa，粒子補強后的復合

10、水凝膠的儲能模量最高達399.2KPa，儲能模量提高了343.4％，動態(tài)穩(wěn)定性提高顯著。
　　(2)溫敏性能。在PBS溶液中，于25℃和37℃的交替溫度下，進行了該醛肼交聯(lián)型PNIPAM水凝膠的溫敏性能的研究。結(jié)果表明，SNPs的引入使復合水凝膠的吸水率下降;但無論是未復合的PNIPAM水凝膠，還是粒子復合后的PNIPAM水凝膠，在25℃和37℃的交替溫度下均表現(xiàn)出良好的溫敏性，且在37℃溫度下水凝膠呈現(xiàn)收縮狀態(tài)。
　　(3

11、)解交聯(lián)性能。通過將水凝膠置于37℃的1.0mol·L-1、0.5mol·L-1和0.1mol·L-1的HCl溶液中，研究了水凝膠的解交聯(lián)性能和機理?？疾炝薍+濃度和SNPs的引入對水凝膠解交聯(lián)性能的影響。結(jié)果表明，水凝膠在HCl溶液中表現(xiàn)出良好的解交聯(lián)性能，且隨著H+濃度的增大，水凝膠的解交聯(lián)速率明顯加快，但是SNPs的加入對水凝膠的解交聯(lián)無明顯影響。
　　(4)藥物緩釋性能。采用廣譜抗癌藥鹽酸阿霉素為負載藥物，于37℃的PBS

12、溶液中進行載藥水凝膠的藥物緩釋性能研究。考察了藥物濃度對載藥水凝膠的藥物緩釋性能的影響，結(jié)果表明該類水凝膠對鹽酸阿霉素表現(xiàn)出良好的緩釋性能，且隨著藥物濃度增大，水凝膠的藥物釋放速率減慢?？傮w藥物緩釋時間達25天以上，藥物緩釋量最高達到95％以上。
　　(5)細胞毒性。采用L929細胞，通過CCK-8法對水凝膠前驅(qū)體poly(NIPAM-co-AA)-hdz、大分子交聯(lián)劑醛化糊精、補強劑SNPs及質(zhì)量分數(shù)為9.0wt％的水凝膠進行細

13、胞毒性測試。考察了前驅(qū)體和大分子交聯(lián)劑的聚合物濃度、SNPs濃度和細胞的種植方式對L929細胞增殖的影響，并用浸提液法考察了水凝膠的細胞毒性。結(jié)果表明，隨著poly(NIPAM-co-AA)-hdz聚合物濃度的增大，聚合物對細胞增殖無明顯影響;但濃度高于800μg·mL-1的醛化糊精溶液卻表現(xiàn)出明顯的細胞毒性;SNPs對細胞增殖無明顯影響。水凝膠的細胞毒性測試表明，實驗組與空白組的細胞數(shù)量比值，第五天保持著0.73±0.15，第七天保持