（生物化学与分子生物学专业论文）sapu复合水凝胶微球的制备及其性能研究.pdf

西南交通大学硕士研究生学位论文第1 页 摘要 本文系统研究了聚氨酯微胶囊的合成及性能。制备了海藻酸钠水凝胶微 球，并对其性能进行了研究。将聚氨酯与海藻酸钠共混制备了新型水凝胶微 球，研究了其载药性能。 采用预聚扩链中和分散溶解法合成了聚氨酯水溶液，再采用凝聚相分 离法制备了球形度较好的聚氨酯微胶囊。实验结果表明，选用i p d i 与p e g 2 0 0 以摩尔比6 ：2 反应，总单体含量为4 5 ，c a c l 2 浓度大于4 ，扩链温度为 5 0 ，扩链时间为3 o h ，预聚反应搅拌速度为5 0 0 - - 6 0 0r m i n ，扩链反应搅拌 速度为5 0 0 - 5 5 0r r e _ i n ，中和反应搅拌速度为6 5 0r m i n 左右，可以制备出形 态最好的聚氨酯微胶囊，该微胶囊为较光滑的圆球形，直径为3 m m 左右，内 有空腔，空腔直径为2 m m 左右。 采用凝聚相分离法制备了海藻酸钠水凝胶微球。实验结果表明，当海藻 酸钠溶液浓度为3 ，c a c h 浓度大于1 o 时，可以制得形态及强度最好的海 藻酸钠水凝胶微球。微球在盐酸缓冲液( p h1 o ) 中不溶胀，在磷酸缓冲液( p h 6 8 及p h7 4 ) 中均可以快速溶胀。且微球在p h 为7 4 磷酸缓冲液中的溶胀 性能要好于在p h 为6 8 的磷酸缓冲液中。 通过海藻酸钠溶液与聚氨酯溶液共混，采用凝聚相分离法制备了复合水 凝胶微球。实验结果表明，聚氨酯质量百分含量为1 0 、3 0 、5 0 的共混 溶液均可以制备出形态较好的微球。随着聚氨酯在共混溶液中质量分数的增 大，复合微球的含水率变小。复合微球在盐酸缓冲液( p h1 o ) 中不溶胀，在 磷酸缓冲液( p h6 8 及p h7 4 ) 中均可快速溶胀。聚氨酯质量百分含量为3 0 、5 0 的复合微球在p h 为6 8 及7 4 的磷酸缓冲液中的溶胀速率都比海藻 酸钠微球慢，强度也好于海藻酸钠水凝胶微球。百分含量为5 0 的复合微球 溶胀速率最慢，强度最好。 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 l 页 研究了s a p u 复合水凝胶微球的释药性能。实验结果表明，复合微球释 药速率比海藻酸钠凝胶微球慢。s a p u 复合水凝胶微球显示出了良好的载药 效率和缓释性能，有望在药物缓释方面有进一步的应用。 关键词：聚氨酯；海藻酸钠；复合水凝胶微球 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 li 页 a b s t r a c t ，t h i sp a p e r s t u d i e dt h e s y n t h e s i s a n d p e r f o r m a n c e o f p o l y u r e t h a n e m i c r o c a p s u l e s a l g i n a t eg e lm i c r o s p h e r e sw e r ep r e p a r e d ，a n d i t sp e r f o r m a n c ew a s e x p l o r e d p o l y u r e t h a n ea n ds o d i u ma l g i n a t ew a sb l e n d e dt og e ta n e wt y p eo fg e l m i c r o s p h e r e sa n ds t u d yt h ep e r f o r m a n c eo fi t sl o a d i n gd r u g s p o l y u r e t h a n e ( p u ) w a t e rs o l u t i o n sw e r es y n t h e s i z e da n dp um i c r o c a p s u l e s w e r es y n t h e s i z e dw i t ht h ec o a c e r v a t i o np h a s es e p a r a t i o nm e t h o d t h er e s u l t ss h o w t h a tt h eo p t i m a le o n d i t i o n so fs y n t h e s i z i n gt h es p h e r i c a lp u m i c r o c a p s u l e sa r ea s f o l l o w s ：t h em o l er a t i oo fi p d ia n dp e g ( 2 0 0 ) i s6 ：2 ，t h eg r o s s e so fm o n o m e r s a r e4 5 ，t h ec o n c e n t r a t i o n so fc a c l 2a r em o r et h a n4 ，c h a i n - e x t e n s i o n t e m p e r a t u r eo f5 0 ，t h et i m ef o rc h a i n - e x t e n s i o n3 o h ，p r e p o l y m e rm i x i n gs p e e d o fr e a c t i o no f5 0 0 6 0 0r m i n ，s t i r r i n gs p e e dc h a i nr e a c t i o ne x t e n d e dt o5 0 0 5 5 0r m i n ，s t i r r i n gs p e e da n dr e a c t i o nt o6 5 0r m i no rs o 。t h es u r f a c e sa r e p r o v i d e dw i t hp o r o s i t y ，t h ed i a m e t e ro f t h ep um i c r o c a p s u l e si s3 m m o rs o ，t h e d i a m e t e ro fc a v i t i e si np um i c r o c a p s u l e si s2 m mo rs o s o d i u ma l g i n a t e g e lm i c r o s p h e r e s w e r ep r e p a r e db yc o n d e n s e dp h a s e s e p a r a t i o n t h ee x p e r i m e n t a l r e s u l t ss h o w e dt h a t ，w h e nt h ec o n c e n t r a t i o no f s o d i u ma l g i n a t es o l u t i o nw a s3 a n dc a c l 2c o n c e n t r a t i o nw a sg r e a t e rt h a n1 o ， t h eb e s tf o r ma n ds t r e n g t ho fs o d i u ma l g i n a t eg e lm i c r o s p h e r e sc o u l db eo b t a i n e d m i c r o s p h e r e sw a sn o n s w e l l i n gi nh y d r o c h l o r i ca c i dq h1 o ) b u tr a p i ds w e l l i n gi n p h6 8a n d7 4p h o s p h a t eb u f f e rs o l u t i o n a n dm i c r o s p h e r e si np h7 4p h o s p h a t e b u f f e rs o l u t i o nw a sb e t t e rs w e l l i n gt h a ni np h6 8p h o s p h a t eb u f f e rs o l u t i o n t h r o u g ht h eb l e n d s o f s o d i u ma l g i n a t es o l u t i o na n dp o l y u r e t h a n es o l u t i o n ，t h e c o m p o s i t eg e lp r e p a r e dm i c r o s p h e r e sw a sp r e p a r e db yc o n d e n s e dp h a s es e p a r a t i o n 西南交通大学硕士研究生学位论文第lv 页 t h ee x p e r i m e n t a lr e s u l t ss h o w e dt h a tw h e nt h ep e r c e n t a g ec o n t e n to f p o l y u r e t h a n e i s10 ，3 0 ，5 0 ，m i c r o s p h e r e sc o u l db ep r e p a r e dw e l l w i t ht h ei n c r e a s eo f p o l y u r e t h a n e i nt h eb l e n d s o l u t i o n ，t h em o i s t u r ec o n t e n to fc o m p o s i m m i c r o s p h e r e sw a sl e s sa n dl e s s t h ec o m p o s i t em i c r o s p h e r e s w a sn o n s w e l l i n g i nh y d r o c h l o r i ca c i d ( p h1 0 ) b u tr a p i ds w e l l i n gi np h o s p h a t eb u f f e rs o l u t i o n ( p n 6 8a n d7 4 ) t h e c o m p o s i t em i c r o s p h e r e si nw h i c ht h ep e r c e n t a g ec o n t e n to f p o l y u r e t h a n ew a s3 0 ，5 0 s w e l l e dl e s ss l o w l yt h a nt h es o d i u ma l g i n a t e m i c r o s p h e r e si np h6 8a n d7 4p h o s p h a t eb u f f e rs o l u t i o n ，t h ei n t e n s i t yw a sa l s o b e t t e rt h a nt h es o d i u m a l g i n a t em i c r o s p h e r e s ，t h ec o m p o s i t em i c r o s p h e r e s c o n t a i n i n g5 0 p o l y u r e t h a n ew a ss l o w e s ts w e l l i n g ，o fw h i c ht h ei n t e n s i t yw a st h e b e s t t h er e l e a s eo fd r u gp r o p e r t i e so ft h es a p uc o m p l e x h y d r o g e lm i c r o s p h e r e s w a sp r o d e di n t o e x p e r i m e n t a lr e s u l t ss h o w e dt h a tt h er e l e a s es p e e do fc o m p o s i t e m i c r o s p h e r e sw a sf a s t e rt h a nt h a to fs o d i u ma l g i n a t eg e lm i c r o s p h e r e s s a p u c o m p l e xh y d r o g e lm i c r o s p h e r e ss h o w e dag o o dp e r f o r m a n c eo fd r u g l o a d i n g e f f i c i e n c ya n dag o o de f f e c to nt h ed r u gs u s t a i n e d - r e l e a s e ，i se x p e c t e dt oh a v ea f u r t h e ra p p l i c a t i o no nd r u gd e l i v e r y k e y w o r d s ：p o l y u r e t h a n e ：s o d i u ma l g i n a t e ；c o m p l e xh y d r o g e lm i c r o s p h e r e 西南交通大学 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学 校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查 阅和借阅。本人授权西南交通大学可以将本论文的全部或部分内容编入有关 数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复印手段保存和汇编本学位 论文。 本学位论文属于 1 保密口，在年解密后适用本授权书； 2 不保密函使用本授权书。 ( 请在以上方框内打“ ) 学位做储签名瓣明指导老师躲声么别： 日期：艘( 7 s 万日期：乡矽参矿 西南交通大学学位论文创新性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是在导师指导下独立进行研究工作 所得的成果。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研究成果。对本文的研究做出贡献的个人和集体， 均已在文中作了明确的说明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。 本学位论文的主要创新点如下： ( 1 ) 本文选用毒性较小且能成水溶性聚氨酯的二异氰酸酯单体i p d i 为原 料合成出聚氨酯水溶液，为采用条件温和的凝聚相分离法制备和研究复合水 凝胶微球提供了条件。 ( 2 ) 海藻酸钠水凝胶微球具有一定的脆性，强度与韧性不理想，本文用 具有高拉伸强度和高断裂伸长率的聚氨酯对其进行了复合改性，制各出了具 有一定强度和韧性的s a p u 复合水凝胶微球。 ( 3 ) 海藻酸钠水凝胶微球溶胀及释药速率都很快，使其在应用上受到了 一定的限制。本文将聚氨酯水溶液与海藻酸钠水溶液共混，制得了s a p u 复 合水凝胶微球，其溶胀及释药速率都较海藻酸钠水凝胶微球缓慢，显示出了 良好的载药效率和缓释性能。 魏蝠日月 2 0 01 了3 ，j 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 页 1 1 水凝胶 第1 章绪论 水凝胶( h y d r o g e l ) 是一种经过适度交联而具有三维网络结构的新型功能 高分子材料1 1 - 2 ，是一类集吸水、保水、缓释于一体并且发展迅速的功能高分 子材料。 根据水凝胶对外界刺激的响应情况，水凝胶可以分为传统水凝胶和智能 水凝胶。具有感知能力的智能水凝胶能感知外界环境如：温度、p h 值、溶剂、 外加应力、光强度等的微小变化而发生可逆性体积相变或溶胶一凝胶相变，已 在药物控制释放体系、记忆元件开关、组织工程、化学存储器、物料分离等 领域显示了良好的应用前景【3 s 1 。其中，对温度变化能产生响应的为温敏水凝 胶，对p h 值变化能产生响应的为p h 敏感水凝胶。由此，可构建温敏性及p h 敏 感性智能给药系统。 1 1 1 水凝胶应用 在医药与生物工程中利用水凝胶作为医药控制释放材料是近年研究的热 点【6 】。用于此领域的凝胶多为温度敏感或者p h 敏感水凝胶。温敏水凝胶是通 过感应环境温度的变化而改变其膨胀一收缩状态，从而控制药物的释放。可 将凝胶作为骨架材料、控释膜、微球及胶团药物载体等形式对药物进行控释。 何尚锦等【7 】合成了温度及p h 双重敏感水凝胶一乙烯基吡咯烷酮一丙烯酸共聚 物与聚乙二醇 p o l y ( n v p 体对抗癌5 氟脲嘧啶( 5 f u 进行了包埋，分别在模拟的胃液和肠液中，3 7 进行体外释药研究。朱雪燕等【8 】合成了温度及p h 敏感共聚凝胶 西南交通大学硕士研究生学位论文第2 页 p n i p a - c o - a a c ，并在模拟人体体温( 3 7 ) 和胃肠液p h 值的条件下进行了药物 ( 阿司匹林) 的缓释实验。杨华等1 9 1 报道了聚( n 一异丙基丙烯酰胺) n 一乙烯基吡 咯烷酮水凝胶的辐射合成及其药物控释性研究。结果说明，该共聚凝胶对难 溶药物乙酰水杨酸具有增溶作用，且增加了释放时间，从而获得长效缓释的 效果。 聚丙烯酰胺水凝胶作为组织充填材料已广泛用于人体各部位，它是一类 具有亲水基团，能被水溶胀但不溶于水的聚合物，水凝胶中的水可使溶于其 中的低分子量物质从其间渗透扩散，具有膜的特性，类似于含大量水分的人 体组织，具有很好的生物相容性d o 。此外，聚丙烯酰胺水凝胶是大分子物质， 不吸收、不脱落、不易碎裂，在弥散的环境能很好的保持水分，有较好的粘 度，弹性和柔软度，适合人体组织结构。有报道用医用聚丙烯酰胺水凝胶注 射法治疗眼睑凹陷畸形的研究，临床治疗眼球摘除术后眼睑凹陷2 3 例，疗效 良好【1 l 】。 人眼正常的玻璃体为凝胶，主要成分是水，凝胶的基质为胶原和透明质 酸。玻璃体浑浊或视网膜脱落都可以引起视力下降甚至失明。p v p 水凝胶是 第一个用作病变的玻璃体替代物的合成聚合物r 眨】。作为一种优异的病变玻璃 体替代物，p v p 水凝胶具有良好的生物相容性和生物物理光学特性，其网状 支架对眼球内的新陈代谢成分具有良好的通透性。此外，p v p 水凝胶具有粘 弹，表现出了良好的内填充作用，可以封闭裂孔，展平视网膜 1 3 1 。 顾正秋等1 1 4 报道了人工软骨材料一聚乙烯醇水凝胶的研制，用反复冷冻 及真空脱水处理方法获得p v a 水凝胶材料，其弹性模量和人自身关节软骨相 近，有希望成为理想的人工软骨材料。p v a 水凝胶的高含水性及其特殊的表 面结构与天然软骨组织非常相似，具有良好的生物相容性和摩擦学特性，同 时该水凝胶具有类似于天然软骨的多微孔组织，内含大量的水，是一种可渗 透的材料。 医用敷料主要有两种类型：干型如纱布：湿型如水凝胶。p v p 水凝胶是 西南交通大学硕士研究生学位论文第3 页 一种类似于人体组织的高分子材料，具有良好的生物相容性，不影响生命体 正常的代谢过程，代谢产物还可以通过水凝胶排出，且其可以根据需要将不 同类型的药物包埋在水凝胶内，药物可以缓慢持续的释放到人体病变部位， 能够更有效的治愈伤口或皮肤病，是一种理想的医用水凝胶敷料。好的烧伤 涂敷材料，应该既有一定的柔软性和机械强度，又有较强的液体吸收能力， 能够透过空气，还可以屏蔽细菌，且还要容易吸收药物，并能释放药物，不 易刺激伤口。辐射交联或者化学交联的p v p 水凝胶就能够满足上述要求，国 内已有学者在研究p v p 烧伤涂敷材料，翟茂林等【坫】为了制备烧伤敷料材料， 利用k 型卡拉胶与p v p 共混交联，制备了p v p 水凝胶，并研究了其溶胀行 为和结构。 医药片剂或者胶囊要求有一定的强度，以免在生产和运输过程中碎裂。 服用后，又要求能够迅速崩解，被人体吸收。如果在医药片剂或者胶囊中加 入适量干的p v p 凝胶，则在服用后，凝胶吸收体液中的水分而膨胀，在药剂 内造成很大的压力，从而使药剂迅速崩解。 角膜接触镜俗称隐形眼镜，是兼具视力矫正、美容、眼睛防护和医疗作 用的产品。最初的角膜接触镜是用q 甲基丙烯酸甲酯聚合物材料( p m m a ) 帛0 造，这是一种硬性角膜接触镜，不含有水分、不透气、不能长时间配戴，并 且舒适度差。为此，开发了软质角膜接触镜，使用q 甲基丙烯酸1 3 羟乙酯聚 合物( p h e m a ) 作为制造角膜接触镜的材料。用这种p h e m a 材料制造的水凝 胶角膜接触镜配戴舒适度比较高，但含水量还是不高，氧气通过性能也不好， 不能长时间配戴。采用亲水性能更高的p v p 共聚物水凝胶，作为制造角膜接 触镜材料，可解决上述问题。 利用p n i p a m 水凝胶的温敏性可将它接枝于固体表面，通过调节温度改 变了固体表面的亲水性【，6 l 。在培养皿内壁接枝p n i p a m ，用此培养皿接枝培 养细胞，成活率较传统的酶洗脱法高很多。 在分析和医学诊断方面，根据水凝胶的环境敏感性，可将它与生物传感 西南交通大学硕士研究生学位论文第4 页 器物理元件相连，然后将生物分子固定在水凝胶表面或者内部，便可以得到 生物传感器，用于诊断疾病及做日常监测。例如，利用水凝胶固定抗原，可 用于免疫检测等m 。 1 1 2 温度敏感性水凝胶 1 1 2 1 温度敏感性水凝胶的结构与性质 温度敏感性水凝胶是一种能随环境温度的变化发生可逆性膨胀一收缩的 水凝胶。许多聚合物都具有温敏相转变性质，前提是有一种成分的水溶性必 须具有温度依赖性，为了制备溶胀度发生显著变化的水凝胶，其凝胶成分必 须在低于或高于某一温度时是不溶的，将此相应温度称之为l c s t ( l o w e r c r i t i c a ls o l u t i o nt e m p e r a t u r e ，低临界溶解温度) 或u c s t ( u p p e rc r i t i c a l s o l u t i o nt e m p e r a t u r e ，高临界溶解温度) 。 温敏性水凝胶对温度变化的响应有2 种类型：一种随着温度的升高水溶 性降低，即温度高于l c s t 时呈收缩状态，温度低于l c s t 时呈膨胀状态， 这种热敏凝胶被称为高温收缩型；另一种与之相反，是在温度低于l c s t 时 呈收缩状态，被称为低温收缩型。组成高温收缩型水凝胶的聚合物链段或者 含有中等程度的疏水性基团( 如果疏水性太强，聚合物链段根本不能在水中溶 解) ，或者含有亲水性和疏水性链段的混合物。通常，当温度较低时，亲水基 团与水之间的氢键占主导，在水中呈良好的水化状态；随着温度的升高，氢 键的作用力减弱，疏水基团的相互作用力增强，水凝胶脱水收缩。聚合物链 段中疏水组分含量越多，l c s t 越低l l s 。所以常常通过调整疏水基和亲水基之 间的比例或与不同单体聚合来改变l c s t 。与亲水性共聚单体( 如丙烯酰胺等) 聚合可以升高共聚物的l c s t ，与疏水性共聚单体聚合则会降低l c s t 。例如， 聚异丙基丙烯酰胺( p n i p a a m ) 的l c s t 为3 2 ，而异丙基丙烯酰胺( n i p a a m ) 与二甲基乙基丙烯酰胺( b a m ) 以不同比例共聚而成的聚合物 西南交通大学硕士研究生学位论文第5 页 p o l y ( n i p a a m - c 沁一b a m ) 的l c s t 均低于3 2 嗍。 1 1 2 2 温度敏感性水凝胶作为药物缓释载体的应用 温度敏感性水凝胶具临界相转变温度，能感应病原体或热原( 如发热、肿 瘤) 存在下人体温度的变化，改变自身膨胀收缩状态，可作为药物释放的载 体材料。它的释药模式有两种，一是在低于l c s t 时水凝胶在药物溶液中溶 胀以吸附药物，而在高于l c s t 时收缩而释放药物；二是当环境温度高于其 l c s t 值以上时，水凝胶的表面会收缩形成一种薄的致密的皮层，阻止水凝胶 内部的水分和药物向外释放，即水凝胶处于“关 的状态。而温度低于l c s t 时，皮层溶胀消失，水凝胶处于“开 的状态，内部的药物以自由扩散的形 式向外恒速释放。这就是所谓的药物释放“开一关”控制模式。 迄今为止研究的最多的温敏性水凝胶是聚n 异丙酰胺类，属于高温收缩 型。k a n g t 2 0 等采用聚n 异丙酰胺和双丙烯酸聚乙醇酯交联形成的温敏性水凝 胶包载药物，可以作为一种新型的眼部药物控释系统。而i p n 和p n i p a a m 按不同比例合成的新型互穿i p n p n i p a a m 网络聚合物则属于低温收缩型水 凝胶，温度低于l c s t 时，p n i p a a m 提供质子给i p n p n i p a a m ，结构中网 络内部形成氢键，使胶体收缩，体积减小。j i a n t a oz h a n g 铮：- 】合成的半互穿 网络型聚n 一异丙酰胺水凝胶的收缩一溶胀性和温度敏感性都好于传统的 p n i p a a m 水凝胶，并可以通过调节聚n 一异丙酰胺与聚乙烯醇的比例来控制 其温敏性，在药物缓释和传感器等生物医学领域有潜在的应用价值。但是温 敏凝胶n i p a a m 及其衍生物的应用还有一些局限性，如合成水凝胶的单体和 交联物不具有生物相容性，即可能有毒性、致癌性、致畸性，而且n i p a a m 及其衍生物不能生物降解。因此，在用于临床前，还需要进行大量的药理、 毒理学实验。 泊洛沙姆( p o l o x a m e r ) 是常用的温敏性凝胶，有的已为f d a 和e p a 批准 可以适用于食品添加剂、药物成分以及农产品。申献玲等 2 2 1 将奥硝唑作为治 疗药物，以p o l o x a m e r 为载体，制备阴道用奥硝唑温敏性水凝胶。该制剂用 西南交通大学硕士研究生学位论文第6 页 药后无异物感，可提高患者用药顺应性，同时可减少口服用药对胃肠道引起 的刺激，降低不良反应的发生率。为了提高p o l o x a m e r 水凝胶的生物降解性， y a n gy a n g 等1 2 3 合成的紫杉醇p o l o x a m e r 复合凝胶比单一的p o l o x a m e r 或紫杉 醇具有较小的细胞毒性，并注射到移植有卵巢瘤细胞的老鼠中，老鼠既没有 死亡，在注射处也没有明显的坏疽，表明紫杉醇p o l o x a m e r 复合凝胶可以作 为理想的抗癌药物释放体系。 嵌段共聚物温度敏感性水凝胶也常用于药物控释体系。b i a o b i n gw a n g 等 通过化学交联合成核心为p e o p p o p e o ，外部用- 己内酯包裹的温敏性水 凝胶，既具有智能性又可以生物降解，通过研究发现，其溶胀和退溶胀性显 示出了可逆温度响应性，相转变温度介于冷藏和人体温度之间。c h a o l i a n gh e 等【：s 】合成了具有温敏性的p e o p l a 嵌段共聚物，4 5 下共聚物水溶液呈溶液 状态，可与生物活性分子如蛋白质或多肽类药物混合，然后通过注射将混合 溶液植入皮下，体温下( 3 7 ) 溶液成凝胶，随着嵌段共聚物的降解所包埋的 生物活性分子逐步在体内释放。 1 1 3p h 敏感性水凝胶 1 1 3 1p h 敏感性水凝胶的结构与性质 p h 敏感水凝胶的大分子骨架中通常含有可离子化基团，诸如酸性的磺 酸、羧酸基团，碱性的伯胺、仲胺、季胺等基团。由于这些基团可随溶液介 质p h 值变化而产生不同的离子化程度，引起不连续的溶胀体积变化，从而导 致水凝胶性能的变化，显示出p h 敏感性。阴离子高分子电解质聚丙烯酸( p a a ) 在p h 值较高时离子化，溶解度或溶胀率增大【2 6 】；而阳离子高分子电解质聚( 甲 基丙烯酸一n ，n 一二乙胺基乙酯) ( p d e a e m ) 在低p h 环境下电离，溶解度增 大i 切。 高分子电解质形成的水凝胶，随环境p h 值的变化溶胀率发生很大的变 西南交通大学硕士研究生学位论文第7 页 化，这主要是因为高分子电解质侧基上的酸性或碱性基团与其对应的一元酸、 碱样能够发生电离，在电荷静电斥力的作用下，膨胀程度高于非电解质高 分子水凝胶【冽。但是由于邻近离子化基团相互间的静电作用，高分子电解质 的电离更为复杂，表观解离常数与其相对应的一元酸、碱不同，膨胀程度受 静电斥力大小因素的影响。而且膨胀还可以通过与中性单体共聚合来调节， 如用甲基丙烯酸- 9 - 羟乙酯、甲基丙烯酸甲酯和马来酸酐等共聚1 2 9 。 1 1 3 2p h 敏感性水凝胶作为药物缓释载体的应用 p h 敏感性水凝胶的体积能随环境p h 值、离子强度变化，这类凝胶大分 子网络结构中具有可解离的基团( 羧基、磺酸基或氨基等) ，能根据环境p h 值 的变化夺取或释放质子。利用p h 敏感性水凝胶的这种性质可以方便地调节和 控制凝胶内药物的扩散和释放速率。 单连海等 3 0 l 以c l 一甲基丙烯酸为合成单体，过硫酸钾为引发剂，亚甲基双 丙烯酰胺( m b a ) 为交联剂，在4 0 c 时成功合成聚甲基丙烯酸( p m a a ) 类 水凝胶，水凝胶平衡溶胀度( e s r ) 随着p h 的增大而增大，在p h = 8 的溶液 中p m a a 水凝胶的溶胀度最大，显示出明显的p h 敏感性。 杨哪等【3 l 】利用互穿网络( i p n ) 技术制备了以甘油和n ，n 一亚甲基双丙烯酰 胺为交联剂的聚丙烯酸钠纤维素互穿网络水凝胶。该i p n 凝胶的平衡溶胀率 随温度的升高而降低，在中性和碱性的环境下，温度于3 5 4 2 时该凝胶具 有溶胀突变特性，但在酸性环境下无此特性。在2 5 和3 7 时该凝胶都有良 好的p h 敏感性。该凝胶在人工胃液环境中溶胀率小，溶胀缓慢；而在人工肠 液中溶胀率高，且溶胀速率快。通过调整配方，该i p n 凝胶有望成为一种潜 在的靶向肠道功能成分释放载体。 p h 敏感水凝胶的最主要局限性是不能生物降解，使用后需从体内取出。 在口服给药中，其非生物降解性对给药影响不大，但在植入给药系统或植入 型生物传感器中较为严重，因此，开发可生物降解的p h 敏感性聚合肽类、蛋 白质和壳聚糖水凝胶是当今热点。 西南交通大学硕士研究生学位论文第8 页 1 2 聚氨酯 1 2 1 聚氨酯简介 聚氨酯( p o l y u r e t h a n e ，p u ) 具有良好的组织相容性和血液相容性，高拉伸 强度和断裂伸长率，良好的耐磨损、抗曲挠性能、耐溶剂、耐水解性、耐微 生物，容易加工成型，性能可控等优异的性能1 3 2 - 。自1 9 6 7 年b o r e t o s t 3 5 】等建议 把聚氨酯弹性体作为生物材料应用在组织工程上，随后一系列聚氨酯被合成 并迅速应用于医学领域。目前，聚氨酯已在生物医学工程的各个领域，如全 人工心脏及人工心脏辅助装置、人工血管、人工皮肤、介入诊疗导管、人工 关节、人工软骨、生物粘接剂、神经导管、控制释放载体等，得到广泛应用f 3 6 】。 1 2 2 聚氨酯应用 1 2 2 1 创伤敷料 皮肤受到损伤时可以采用敷料来覆盖和保护伤口并提供有利于伤口愈合 的环境。而传统的敷料纱布覆盖伤口时，渗出物容易与干燥的真皮组织一同 形成痂皮，上皮细胞被迫在痂下移行，妨碍上皮化；同时这种痂皮形成的伤 口与敷料粘连，因此肉芽组织会长入纤维网眼中，形成二次创伤。这样就要 求新型的敷科具有粘性、弹性、柔顺性，细菌不能透过，防水透气，能够在 更换伤口敷料时避免给新生皮肤带来新的创伤，所以现在很多研究者都在进 行生物降解材料作为伤口敷料的研究。 h u a n gyh t 3 7 1 将i p d i 与多元醇聚合得到预聚物，然后与聚丙二醇( p p g ) 反 应，将反应混合物与丙二醇及p p g 相混合，最终可以得到创伤敷料用聚氨酯 水凝胶。若混合时加入抗菌药物如三溴酚铋( b t p ) 、磺胺嘧啶( s s d ) 等，就可 得到具抗菌功能的聚氨酯水凝胶。 西南交通大学硕士研究生学位论文第9 页 a d d i s o nd 等人【3 8 】研制的聚氨酯创伤敷料由两层结构组成，一层是亲水性 聚氨酯泡沫材料，另一层是聚氨酯水凝胶。两者之间通过粘合剂或辐射交联 反应的方法结合。 1 2 2 2 接触眼镜 早在1 9 7 4 年，就已经提出将亲水性聚氨酯应用于接触眼镜中，之后也有 报道研究了用于接触眼镜的含有亲水性聚氨酯的聚氨酯一聚丙烯酸互穿网络 水凝胶体系【3 9 】。l a iyc t 0 , 等人用新戊二醇g ) 、聚丙二醇和i p d i 反应得到商 品名为i n p 4 h 的预聚物，后与亲水性单体经紫外光固化得到聚氨酯膜，在缓 冲液中溶胀至恒重得到p u 水凝胶。亲水性单体可以是甲基丙烯酸二羟乙酯 ( h e m a ) 、甲基丙烯酸缩水甘油酯( g m ) 等。 作为接触眼镜材料，除了要求具备高含水量和高透明度以及良好的机械 性能之外，还必须具有良好的氧渗透性，否则易导致角膜炎【4 l 】。有报道制备 了既具有优良的含水性和吸湿性，同时又具备了较高的氧渗透率和机械性能 的聚氨酯水凝胶作为接触眼镜材料，具有很好的应用前景。 1 2 2 3 药物缓释材料 d o ohu 4 2 j 等先将异佛尔酮二异氰酸酯( i p d i ) 、二羟甲基丙酸( d m p a ) 、 聚丁二醇( p b g ) 制备水性聚氨酯预聚物，再与甲基丙烯酸二羟乙酯( h e m a ) 反应，引入可反应的乙烯基基团，制得了水性聚氨酯乳液，将药物核黄素或 消炎痛等溶解于所得的水性聚氨酯溶液中，得到j p h 值敏感型载药水凝胶。 药物在体内的释放控制基于环境p h 值的变化导致水凝胶的溶胀一退溶胀过程。 当环境p h - - - 9 时，水凝胶溶胀而使体积增加；当环境p h = 4 时，水凝胶退溶胀而 使体积收缩，药物就被释放出来了。由于水性聚氨酯分子链中同时含有亲水 性和疏水性基团，这种聚氨酯水凝胶既能用作亲水性药物的载体，也可以用 作疏水性药物的载体。 y a hy t 4 3 j 等人则是用甲苯二异氰酸酯( t d i ) 与聚四氢呋喃( p t m g ) 反应生成 聚氨酯预聚体，后与丙烯酸和丙烯酸羟丙酯( h p a ) 共聚得到聚丙烯酸一聚氨酯 西南交通大学硕士研究生学位论文第10 页 聚合物( p u a ) 。所得到的p u a 聚合物溶胀得到可用于药物缓释的p h 值敏感型 p u a 水凝胶。 黄建等l 以p c l ( 聚己内酯) p d o ( 聚一2 一羰基一l ，4 一二氧六环) 、p c l p l a ( 聚丙交酯) 等共聚低聚物二元醇或p c l 均聚物二元醇与l t i ( 赖氨酸三异 氰酸酯) 反应，以h e m a ( 甲基丙稀酸羟基乙酯) 封端，并用h e m a 作稀释剂， 采用紫外光固化合成了一系列新型生物吸收性聚氨酯水凝胶网络。测定了材 料的含水率及水解性能，研究了该材料对抗结核药物异烟肼的缓释作用。 1 2 2 4 外科手术缝合线 一般的外科手术均需要伤口缝合，缝合线只是作为暂时的植入物，用于 封闭伤口以及在伤口愈合期间提供强度。最初人们将聚丙烯、尼龙、聚酯纤 维以及高强度酯类等合成纤维作为医用缝合线，虽然这些材料具有生物稳定 性，并能够保持一定的强度，但是他们不能被机体吸收，并且需要进行二次 手术去除。生物可降解医用高分子手术线，可被人体吸收，伤口愈合后无需 拆线且能够保持一定的强度，容易打结。便于操作。一些研究报道了生物降 解型聚氨酯具有良好的加工成型性，机械强度高，作为手术缝线力学强度好， 但降解缓慢，还有待改进。 1 2 2 5 其他 聚氨酯还应用于组织工程、人造皮肤、生物传感器等生物医学工程领域。 聚氨酯具有良好的生物相容性和物理机械性能，可以通过改变其分子链结构 和分子链中不同组分而改变其物理化学性能，从而使其专门化、功能化，因 此在生物医学工程领域具有广阔的应用前景，也是今后聚氨酯的发展及研究 方向。 1 3 海藻酸钠及其共混药物载体材料 海藻酸钠( s a ) 又称海藻胶、褐藻酸钠或海带胶，是从褐藻类的海带或 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 1 页 马尾藻中提取碘和甘露醇以后的副产品。海藻酸钠是海藻细胞壁和细胞间质 的主要成分，海藻酸分子是由b d 一甘露糖醛酸( m ) 和l 一古洛糖醛酸( g ) 两种单体组成的嵌段线性聚合物。在一个海藻酸分子中，可能只含有其中一 种糖醛酸构成的连续链段，也可能由两种糖醛酸链节构成嵌段共聚物hi 。而 海藻酸钠是海藻酸用碱中和后的产物。海藻酸钠易溶于水，具有良好的生物 降解性和相容性。海藻酸的化学结构如下图： 降删捌酶班 随着药物制剂的迅速发展，具有无毒、可生物降解、良好的生物相容性、 缓释和控释的药物载体材料已日益引人注目。海藻酸钠具有以上特性，已被 大量用于药物载体材料。可将海藻酸钠药物载体材料分为海藻酸盐凝胶药物 载体材料、海藻酸钠共混药物载体材料、海藻酸钠化学改性药物载体材料。 131 海藻酸钠的性质 海藻酸钠是从褐藻或马尾藻中提取的多糖碳水化合物，因此其性质与大 多数碳水化合物相似： 1 海藻酸钠为白色或淡黄色粉末，几乎无臭无味，有的能闻到轻微的海 藻的味道； 2 海藻酸钠易溶于水，加入温水使之膨化，糊化性能良好。吸湿性、保 水性很能，不溶于乙醇、乙醚、氯仿和酸( p h 3 ) ： 3 海藻酸钠的稳定性以p h 值6 11 较好。p h 值低于6 时析出海藻酸， 不溶于水：p h 值高于1 1 时又要凝聚，粘度在p h 值为7 时晟大，但是随温 西南交通大学硕士研究生学位论文第12 页 度的升高而显著下降； 4 海藻酸钠不耐强酸、强碱及某些重金属离子，因为它们会使海藻酸凝 结成块状，但是碱金属( 钠、钾) 并不会使海藻酸钠发生凝冻； 5 海藻酸钠水溶液遇酸析出海藻酸凝胶，遇钙、铁、铅等二价以上的金 属离子，立即凝固成这些金属的盐类，不溶于水而析出； 6 海藻酸钠低热无毒。 1 3 2 海藻酸盐凝胶药物载体材料 海藻酸钠是一种阴离子聚电解质多糖，利用二价阳子交联其羧基可形成 凝胶微球i 蛔。在海藻酸钠水溶液中加入c a 2 + 、b a 2 十等阳离子后，海藻酸钠g 单 元上的n a + 与二价离子发生离子交换反应，g 基团堆积而成交联网络结构，从 而转变成水凝胶。 马萍等用滴制的方法使海藻酸钠溶液与氯化钙溶液发生胶凝反应制备 了海藻酸钙凝胶微球，并考察了凝胶微球的溶胀特性。结果显示，海藻酸钙 凝胶微球在蒸馏水和p h 为1 0 的介质中均不溶胀：而在p h 为6 8 的磷酸缓冲液 中，4 0 m i n h p 溶胀完全，然后逐渐崩解分散。这些结果说明海藻酸钙凝胶微球 能在胃液中保持原状，在肠液中溶胀，可作为药物的缓释载体。 海藻酸凝胶具有p h 敏感性，粒径适宜，可防止突释，口服无毒等特点。 其作为药物载体己得到广泛的关注。海藻酸钙凝胶具有p h 值依赖特性，所以 海藻酸钙凝胶经常作为酸敏感性药物的载体材料。海藻酸钙凝胶也可以作为 疏水性药物的载体材料。 刘善奎等e - j n 用乳化一交联法制备了d n a 疫苗海藻酸钠微球，用于药物的 缓慢释放，释放时间可达1 0 天以上。 贾云等【4 9 1 以牛血清白蛋白( b s a ) 为模型药物，海藻酸钠为包埋材料制备了 微囊，研究了不同阳离子、b s a 浓度对微囊的形态、粒径和包埋率的影响， 西南交通大学硕士研究生学位论文第13 页 并对该微囊包埋前后的完整性和体外溶出速度进行了测定。实验结果表明， 用b a 2 + 制备的微囊成型稳定，粒径均一且具有良好的包埋率；在微囊制备过中， b s a 没有受到破坏，b s a 蛋白分子保持了结构的完整性；用海藻酸钠作为包 埋材料对蛋白有一定的缓释效果。这说明海藻酸钠微囊是一类好的蛋白药物 或多肽等其它大分子药物的载体材料。 海藻酸钠凝胶作为脂质体的载体材料也有研究。t a k a g ii 等【5 0 】研究了海藻 酸钠凝胶在包埋脂质体的过程中对药物包埋率的影响因素，发现海藻酸使得 脂质体内的水溶性药物泄漏，其与聚合物浓度、混合时间及钙离子有关；而 从凝胶中挤压出水则不影响脂质体的包埋率。在药物的释放介质中药物的释 放主要靠凝胶的降解，降解后仍有药物包埋在脂质体中。 此外，海藻酸钠对于滴眼剂来说也是一个理想的载体材料，给药方便。 c o h e n 等 s h 证明了海藻酸钠水溶液无需外加钙离子或其它二价、多价阳离子， 在眼部便可形成凝胶。海藻酸钠形成凝胶的程度及相应毛果芸香碱的释放， 取决于海藻酸钠主链上g 单元的百分含量。当海藻酸钠主链上g 单元含量超过 6 5 时，只要和模拟泪液接触便可形成凝胶。体外释放实验表明，毛果芸香 碱在2 4 h 内从海藻酸钠凝胶中缓慢释放，释放主要是通过扩散进行的，没有降 解。 1 3 3 海藻酸钠共混药物载体材料 1 3 3 1 海藻酸钠一壳聚糖共混药物载体材料 海藻酸钠引入聚阳离子可通过静电作用在微球表面形成聚电解质复合物 膜【5 2 】。壳聚糖生物相容性良好。在海藻酸钠中添加壳聚糖，海藻酸钠和壳聚 糖之间发生静电相互作用，形成聚电解质复合物。这类聚电解质复合物既可 以作为药物的释放载体，从而提高微囊的稳定性和载药量，又可以调节药物 释放度，同时可以加强海藻酸钠的p h 值依赖性。海藻酸钠和壳聚糖相互作用 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 4 页 e 三n 薹h 3 + - 篡o o c 于枇：c h 乇三萎二塞于舭 付加雷等1 5 3 使用注射器手工滴制的方法以海藻酸钠和壳聚糖为原料，制 备了干扰素t a u 微囊。结果表明，海藻酸钠一壳聚糖微囊具有p h 敏感性，可以 根据药物的吸收特点来调节海藻酸钠和壳聚糖的浓度，使其在不同的p h 值时 膨胀以释放药物，即在不同的人体部位进行药物释放，以达到药物的最佳吸 收利用。海藻酸钠一壳聚糖微囊法用于干扰素。t a u 等肽类药物的包封，其制备 方法简单、快速，且干扰素- t a u 包封率很高。制备的微