類脂立方液晶及咪唑類離子液液晶的研究.pdf

1、在溶劑中，兩親分子可以形成多種的締合結(jié)構(gòu)，如膠束、囊泡、溶致液晶等。溶致液晶因?yàn)橄鄳B(tài)豐富多樣、結(jié)構(gòu)可調(diào)控等特殊的性能而受到眾多研究人員的關(guān)注，其物理化學(xué)性質(zhì)以及在材料合成、萃取、催化、醫(yī)藥等領(lǐng)域的應(yīng)用被廣泛的研究。本論文從擴(kuò)展溶致液晶在藥物載體及材料制備方面的應(yīng)用兩個(gè)角度出發(fā)，對(duì)溶致液晶的物理化學(xué)性質(zhì)進(jìn)行了系列研究。首先，.利用甘油單酸酯構(gòu)建了類脂立方液晶，研究了多種添加劑對(duì)其物理化學(xué)性質(zhì)的影響、藥物分子在立方液晶中的增溶位置，同時(shí)考察

2、了其作為藥物載體在藥物包載及藥物控制釋放方面的應(yīng)用。其次，利用長(zhǎng)鏈咪唑類離子液體與水和對(duì)二甲苯共同構(gòu)筑了溶致液晶，研究了溶致液晶的結(jié)構(gòu)參數(shù)、流變學(xué)性質(zhì)與各組分含量、烷基鏈長(zhǎng)之間的關(guān)系，還比較了長(zhǎng)鏈咪唑類離子液體形成的溶致液晶與傳統(tǒng)陽(yáng)離子表面活性劑溶致液晶在結(jié)構(gòu)及流變學(xué)性質(zhì)上的差異。這為今后以瞇唑類離子液體溶致液晶作為模板進(jìn)行納米材料的制備打下了理論基礎(chǔ)。 甘油單油酸酯(MO)與水形成的類脂立方液晶具有生物可降解、生物親和度高、粘

3、度大、有助于藥物的透皮吸收等優(yōu)點(diǎn)，因此其在藥物載體領(lǐng)域的應(yīng)用逐漸受到人們的關(guān)注。在本論文的第二章中，我們利用小角X射線散射(SAXS)、流變和傅立葉變換紅外光譜(FT-IR)等技術(shù)，考察了嵌段共聚物(F-127)、藥物分子(鹽酸普魯卡因，PC)對(duì)MO/水類脂立方液晶結(jié)構(gòu)及流變學(xué)性質(zhì)的影響。發(fā)現(xiàn)，F(xiàn)-127的加入可以引起MO/水立方液晶的結(jié)構(gòu)由CD型向CP型轉(zhuǎn)變，而鹽酸普魯卡因的加入則可以引起立方液晶由CG型向CD型轉(zhuǎn)變。相應(yīng)的，體系的流

4、變學(xué)性質(zhì)也隨著立方液晶結(jié)構(gòu)的變化而發(fā)生了變化。另一方面，體系流變學(xué)性質(zhì)非線性變化也證實(shí)了，隨著F-127和PC的加入，立方液晶內(nèi)部結(jié)構(gòu)的變化不是連續(xù)的，體系確實(shí)存在著相態(tài)類型的變化。利用FT-IR技術(shù)研究了鹽酸普魯卡因?qū)α⒎揭壕е蠱O分子構(gòu)象的影響，結(jié)果表明，體系中加入鹽酸普魯卡因后，MO分子烷基鏈構(gòu)象的變化較大，隨著PC的加入，紅外光譜的特征峰寬度變窄，說(shuō)明烷基鏈活躍度降低，分子排列的有序性增強(qiáng)。同時(shí)，PC的加入更有利于立方液晶相中k

5、ink構(gòu)象的形成。PC對(duì)MO分子極性頭的影響主要表現(xiàn)在，MO分子中羰基的氫鍵形式加強(qiáng)，這是由于PC中的N+離子上的H原子與羰基上的氧原子間形成了氫鍵作用。進(jìn)一步證實(shí)，鹽酸普魯卡因可以增溶在MO分子形成的雙層膜中，與MO共同構(gòu)筑立方液晶中骨架結(jié)構(gòu)。而隨著PC含量的升高，MO分子中構(gòu)象的不連續(xù)性變化也恰好對(duì)應(yīng)于SAXS結(jié)果中表明的，MO/水立方液晶由CG型向CD型的結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變。類脂立方液晶在水中的分散體系(cubosome)也是一種潛在的藥物

6、載體。在本論文的第三章中，我們用一種操作簡(jiǎn)單的前體法制備了cubosome，通過(guò)SAXS、冷凍蝕刻電鏡(FF-TEM)和激光光散射(DLS)等技術(shù)考察了該分散體系顆粒的結(jié)構(gòu)類型、形貌以及粒徑分布。研究發(fā)現(xiàn)，一定量的嵌段共聚物F-127和P6100對(duì)cubosome的形貌不會(huì)產(chǎn)生明顯的影響，分散體系仍然為不規(guī)則的立方狀顆粒，但顆粒的粒徑尺寸變化明顯，這與嵌段共聚物可以引起體系內(nèi)部結(jié)構(gòu)由CD向CP變化有關(guān)，而且相同量的嵌段共聚物由于分子量的

7、差異對(duì)顆粒尺寸的影響也有所不同；鏈長(zhǎng)不同的三種甘油單酸酯均可以得到相應(yīng)的cubosome，但其分散顆粒的粒徑尺寸存在差異；由于藥物分子咖啡因可以破壞MO分子極性頭與水分子之間的氫鍵作用，因此其加入可以引起體系發(fā)生由cubosome向囊泡的相轉(zhuǎn)變。 兩親分子在醫(yī)藥領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用，它不但可以起到增溶藥物、保護(hù)藥物、穩(wěn)定藥劑等的作用，而且其在溶劑中形成的多種有序結(jié)構(gòu)本身即可用作藥物載體。在本論文的第四章中，我們?cè)陬愔⒎揭壕ё鳛樗?/p>

8、物載體方面進(jìn)行了研究嘗試。首先，研究了兩種藥物分子-鹽酸普魯卡因(PC)和鹽酸環(huán)丙沙星(CF)，對(duì)兩種雙尾巴表面活性劑--二-(2-乙基已基)磺基琥珀酸鈉(AOT)和雙十二烷基二甲基溴化銨(DDAB)在水中膠束化過(guò)程熱力學(xué)參數(shù)的影響，從分子層面揭示了藥物分子與表面活性劑分子之間的相互作用。研究方法包括表面張力法、紫外一可見(jiàn)分光光度法及穩(wěn)態(tài)熒光技術(shù)等。研究發(fā)現(xiàn)，藥物分子對(duì)雙尾巴表面活性劑在水溶液中的臨界膠束濃度(cmc)、表面張力平衡值(

9、γcmc)以及表面活性劑分子膠束化過(guò)程的熱力學(xué)參數(shù)均產(chǎn)生了一定程度的影響，但機(jī)理有所不同。PC與AOT之間的靜電引力，可以導(dǎo)致水溶液中AOT的cmc及γcmc值降低。當(dāng)PC的濃度增加到一定程度時(shí)，PC可以與AOT形成混合膠束，進(jìn)一步影響其膠束化行為。PC與DDAB之間的靜電斥力，導(dǎo)致DDAB膠束排列松散，水溶液的γcmc升高℃F和AOT間的靜電引力同樣可以引起水溶液中AOT的cmc值及γcmc。降低。另一方面，CF導(dǎo)致DDAB在水溶液中

10、CmC及γcmc升高，則是因?yàn)镃F可以破壞DDAB疏水部分周圍水分子形成的“冰山”結(jié)構(gòu)。同時(shí)，通過(guò)對(duì)比藥物分子在水溶液及膠束溶液中光學(xué)性質(zhì)的差異，也可以證實(shí)PC與AOT混合膠束的生成，并推測(cè)出CF增溶在AOT膠束的柵欄層中，而在DDAB體系中，CF位于DDAB膠束/水的界面附近。其次，在本章中，利用釋放度測(cè)定法研究了PC在MO/水立方液晶中的釋放行為。發(fā)現(xiàn)在研究的時(shí)間和濃度范圍內(nèi)，不同濃度的鹽酸普魯卡因均可以在MO/水立方液晶中達(dá)到緩釋

11、，t1/2超過(guò)20小時(shí)，且釋放效率超過(guò)80％，基本達(dá)到完全釋放。PC在不同體系中的釋放過(guò)程可分為兩個(gè)階段，第一階段為暴釋階段，對(duì)應(yīng)于自由藥物分子的釋放；第二階段為載體中包結(jié)的藥物分子的釋放。兩個(gè)階段的釋放曲線均符合Higuchi平方根定律。而第二階段中，PC在CD結(jié)構(gòu)立方液晶中的擴(kuò)散系數(shù)高于在Cc結(jié)構(gòu)立方液晶中的擴(kuò)散系數(shù)，說(shuō)明藥物釋放行為的差異與載體體系的結(jié)構(gòu)存在著一定的關(guān)系。最后，我們還考察了F-127的含量對(duì)氯霉素在MO/水體系形成

12、的cubosome中釋放行為的影響。發(fā)現(xiàn)氯霉素的釋放效率與體系的結(jié)構(gòu)有關(guān)，對(duì)于氯霉素這類親油的模型藥物來(lái)說(shuō)，cubosome是一種暴釋載體。近些年來(lái)，離子液體由于其特殊的物理化學(xué)性質(zhì)，在綠色化學(xué)、合成、催化及材料制備方面逐漸受到人們的關(guān)注。在膠體與界面化學(xué)領(lǐng)域，離子液體除了作為傳統(tǒng)溶劑的替代品之外，還可以通過(guò)對(duì)其分子結(jié)構(gòu)的調(diào)控，使之具有一定的表面活性，進(jìn)而擴(kuò)展了離子液體的應(yīng)用范圍。在本論文的第五章中，我們合成了一系列不同鏈長(zhǎng)的1-烷基-

13、3-甲基溴代咪唑類離子液體(CNmim-Br，N=12、14、16)，并利用這幾種離子液體與對(duì)二甲苯和水共同構(gòu)筑了溶致液晶體系，同時(shí)應(yīng)用SAXS、偏光顯微鏡(POM)、核磁共振(2H-NMR)等技術(shù)對(duì)離子液體溶致液晶的結(jié)構(gòu)進(jìn)行了表征。研究發(fā)現(xiàn)，溶致液晶的結(jié)構(gòu)參數(shù)受到體系中離子液體的種類及各組分含量等因素的影響。在六角相中，隨著離子液體含量的升高，一方面，離子液體分子在形成結(jié)構(gòu)單元的棒狀膠束中的聚集更加緊密；另一方面，結(jié)構(gòu)單元在體系中的聚

14、集也更加緊密。在層狀相中，隨著水含量的升高，溶致液晶的水通道厚度增大，相應(yīng)的離子液體分子雙層膜受到擠壓，其厚度降低。同時(shí)，體系的流變學(xué)性質(zhì)與溶致液晶的結(jié)構(gòu)有關(guān)，在六角相中隨著離子液體分子的聚集更加緊密，體系的穩(wěn)態(tài)參數(shù)和動(dòng)態(tài)模量值均增大，松弛時(shí)間縮短。在層狀相中，則由于水含量的升高，體系的模量值降低。長(zhǎng)鏈咪唑類離子液體形成的溶致液晶的結(jié)構(gòu)參數(shù)與流變學(xué)性質(zhì)隨組分含量變化的規(guī)律與在傳統(tǒng)陽(yáng)離子表面活性劑CTAB形成的溶致液晶體系中的變化規(guī)律一致

15、。但由于分子結(jié)構(gòu)的不同，長(zhǎng)鏈咪唑類離子液體形成的溶致液晶的結(jié)構(gòu)與相同碳鏈長(zhǎng)度的三甲基季銨鹽體系有所差異。在C12mim-Br/對(duì)二甲苯/水三元體系中，除六角相和層狀相外，還利用SAXS和NMR等技術(shù)手段證實(shí)了雙連續(xù)型立方相溶致液晶的存在。根據(jù)IPMS理論計(jì)算了立方液晶的結(jié)構(gòu)參數(shù)，發(fā)現(xiàn)隨著離子液體含量的升高，離子液體分子雙層膜逐漸膨脹，進(jìn)而擠壓水通道，使水通道半徑的值降低。長(zhǎng)鏈咪唑類離子液體疏水烷基的長(zhǎng)度對(duì)其形成的溶致液晶的物理化學(xué)性質(zhì)也