（材料加工工程专业论文）超支化聚胺—酯及其改性聚合物作为药物载体的研究.pdf

摘要 超支化聚( 胺一脂) 及其改性聚合物作为药物载体的研究 摘要 两亲性共聚物可以在选择性溶剂中通过疏水段和亲水段相互作用，自 组装成为具有疏水性内核和亲水性外壳的胶束结构。随着高分子科学的发 展进步，超支化聚合物成为了高分子学科的重要分支，在制备新型载药体 系上的显著优势受到了科学家的广泛关注。 为深入探讨超支化高分子胶束的载药和药物释放特性，本文以一种多 羟基封端的超支化聚( 胺酯) h p a e o h s 作为引发中心及亲水段，通过接枝 共聚反应，合成了一系列两亲性接枝共聚物h p a e p l am ：n ；此外，又将 h p a e p l am ：n 与二棕榈酰磷脂酰乙醇胺( d p p e ) 反应合成了另一种超支 化聚合物h p a e p l a p e ，用红外光谱( f t - i r ) 和核磁共振谱( 1 hn m r 、1 3 c n m r 和3 1 pn m r ) 表征了共聚物的结构和组成。荧光光谱分析表明，各种 亲疏水段比例不同的共聚物均具有较低的临界胶束浓度( c m c ) 值；动态光 散射( d l s ) 和电子显微镜( e m ) 结果表明，胶束呈现经典的球形形态，在1 4 天内可以保持粒径分布不变，说明共聚物胶束具有较强的热力学稳定性。 差示扫描量热( d s c ) 分析表明，与原有材料相比，内核和外壳共同作 用使胶束更具立构稳定性，而药物对于胶束的热稳定性并没有影响。降解 实验表明，在超支化聚合物多通道作用下，共聚物与p l a 均聚物相比， 降解速度更快。 为了解共聚物与药物包合作用的规律和机理，以牛血清蛋e t ( b s a ) 和 i 北京化工大学硕士学位论文 阿霉素( d o x ) 两种药物作为模型，用纳米沉淀法和乳化固化法，制备了 包载药物的共聚物载药胶束。利用紫外光谱，研究了包载条件对药物包封 率( e e ) 和粒径的影响，测定了药物的体外释放行为并研究了动力学机理。 采用圆二色光谱( c d ) 、荧光光谱和凝胶渗透电泳( s d s p a g e ) 研究了载 药胶束、包载方法和释放过程对于b s a 结构的影响，结果表明上述因素 对于b s a 并没有破坏性。 采用二甲基噻锉蓝染色法( m t t 法) 和流式细胞仪分别研究了胶束化 d o x 的细胞毒性和细胞内吞机制。结果表明与f d o x 相比，m d o x 对 肿瘤细胞的抑制作用更强，更易于在肿瘤细胞中累积。 关键词：两亲性超支化共聚物，胶束，药物控制释放，牛血清蛋白，阿霉 素 u h y p e r b r a n c h e d p o l y ( a m i n e - - e s t e r ) a n di t s m o d i f i e dp o i m e ra sd r u gc a r r i e r a b s t r a c t i ti sw e l lk n o w nt h a tw h e n a m p h i p h i l i cb l o c kc o p o l y m e ri sd i s s o l v e di na s o l v e n t ，d u et ot h ei n t e r a c t i o nb e t w e e nh y d r o p h i l i ca n dh y d r o p h o b i cb l o c k s ， m i c e l l e sa r eu s u a l l yf o r m e dw i t har a t h e rd e n s ec o r eo ft h ei n s o l u b l eb l o c k s ， s u r r o u n d e db yt h ed i f f u s eo u t e rs h e l lf o r m e df r o mt h es o l u b l eb l o c k s w i t ht h e d e v e l o p m e n to fp o l y m e rs c i e n c e ，h y p e r b r a n c h e dp o l y m e rb e c o m e so n eo ft h e m o s ti m p o r t a n tb r a n c h e si np o l y m e rs c i e n c e ，a n db e e ns t u d i e da n da p p l i e d e x t e n s i v e l yi nt h ef i e l do fn e wd r u g l o a d i n gs y s t e m i no r d e rt os t u d yt h el o a d i n ga n dr e l e a s e dc h a r a c t e r i s t i c so f h y p e r b r a n c h e d c o p o l y m e ri nw a t e ro rp h o s p h a t eb u f f e r e ds o l u t i o n ( p b s ) ，t h i sd i s s e r t a t i o n d e s c r i b e dah y p e r b r a n c h e dp o l y ( a m i n e - e s t e r ) ( h p a e - o h s ) a sai n i t i a t o ra n d h y d r o p h i l i cb l o c k ，a n das e r i e so fa m p h i p h i l i cc o p o l y m e r sn a m e dh p a e - p l a m ：nw e r es y n t h e s i z e db yg r a f t - p o l y m e r i z a t i o n an o v e lc o p o l y m e rw a s s y n t h e s i z e d b yc o m p o u n d i n g o f 1 , 2 一d i o l e o y l s n - g l y c e r o 一3 一p h o s p h o e t h a n o l a m i n e ( d p p e ) w i t hh p a e p l am ：n t h ec o p o l y m e r sw e r ec h a r a c t e r i z e db yf t - i ra n dn m r ( 1 hn m r 、1 3 cn m r a n d 3 1p n m r ) t h ef l u o r e s c e n c ee x p e r i m e n t ss h o w e dt h a tc o p o l y m e r sh a v ea s t r o n gt e n d e n c yt of o r mm i c e l l e si na q u e o u sm e d i u m ，w i t hv e r yl o wc r i t i c a l 北京化工大学硕士学位论文 m i c e l l ec o n c e n t r a t i o n s ( c m c s ) t h ed y n a m i cl i g h ts c a t t e r i n g ( d l s ) a n d e l e c t r o nm i c r o s c o p y ( e m ) e x p e r i m e n t si n d i c a t e dt h a tt h em i c e l l e sa r ea p tt oa s p h e r i c a ls h a p ea n dc o u l dk e e ps i z e d i s t r i b u t i o ni n1 4d a y s t h er e s u l t s s h o w e dt h a tc o p o l y m e rm i c e l l e se x h i b i t e ds t r e n g t ht h e r m o d y n a m i c s - s t a b i l i t y d i f f e r e n t i a ls c a n n i n gc a l o r i m e t r y ( d s c ) e x p e r i m e n t ss h o w e dt h a tm i c e l l e s b e h a v e dm o r es t a b i l i t yb e c a u s eo fi n t e r a c t i o nb e t w e e nc o r ea n ds h e l l ，a n dd r u g i sn oi n f l u e n c eo nt h et h e r m o s t a b i l i t y t h ei nv i t r ob i o d e g r a d a t i o no f l y o p h i l i z e dm i c e l l e si n d i c a t e dt h a t ，d u et ot h em u l t i c e n t e re f f e c t ，t h ew e i g h t l o s i n go fc o p o l y m e r sw e r ef a s t e rt h a np o l y - ( d ，l l a c t i d e ) t ou n d e r s t a n dt h em o l e c u l a ri n t e r a c t i o nm e c h a n i s mo fi n c l u s i o nc o m p l e x b e t w e e nc o p o l y m e r sa n dt h em e d i c i n e ，b o v i n es e r u ma l b u m i n ( b s a ) a n d d o x o r u b i c i nh y d r o c h l o r i d e ( d o x ) w e r ec h o s e na sm o d e ld r u gt os t u d yt h ei n v i t r o d r u gr e l e a s e b e h a v i o rf r o mm i c e l l e s d r u g - l o a d e dm i c e l l e sw e r e p r e p a r e db ye m u l s i o n c u r e d a n dn a n o p r e c i p i t a t i o nm e t h o d s ，r e s p e c t i v e l y d i f f e r e n tf a c t o r sw h i c hi n f l u e n c eo np a r t i c u l a rs i z ea n de n c a p s u l a t i o n e f f i c i e n c y ( e e ) w e r ei n v e s t i g a t e d ，a n di nv i t r or e l e a s e dc h a r a c t e r i s t i c sa n d d y n a m i c sm e c h a n i s mw e r ei n v e s t i g a t e db y u l t r a v i o l e ts p e c t r u m c i r c u l a rd i c h r o i s m ( c d ) ，f l u o r e s c e n c ea n ds d s - p a d gw e r eu s e dt o a n a l y z et h eb s a s t r u c t u r er e l e a s e df r o mt h em i c e l l e s t h er e s u l t ss h o w e dt h a t b o t ht h ef a b r i c a t e dm e t h o da n dt h er e l e a s e dp r o c e s sh a v en oi n f l u e n c eo nt h e s t r u c t u r e o fb s a 3 - ( 4 ，5 - d i m e t h y l t h i a z o l 一2 一y 1 ) 一2 ，5 一d i p h e n y l t e t r a z o l i u m b r o m i d ed y e i n gm e t h o d ( m t tm e t h o d ) a n df l o wc y t o m e t e rw e r eu s e dt os t u d y i v 摘要 t h ec e l lt o x i c i t ya n dc e l lu p t a k eo fm i c e l l e s - e n c a p s u l a t e dd o x t h er e s u l t s s h o w e dt h a tm d o xi sm o r ea p tt oi n h i b i tt u m o u rc e l l k e y w o r d ：a m p h i p h i l i ch y p e r b r a n c h e dp o l y m e r , m i c e l l e s ，d r u gc o n t r o l r e l e a s e ，b o v i n es e r u ma l b u m i n ，d o x o r u b i c i nh y d r o c h l o r i d e v 北京化工大学位论文原创性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立 进行研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不含 任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果。对本文的研究做出重 要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声 明的法律结果由本人承担。 作者签名：主茎型旦日期：迦5 ：1 6 ：童 关于论文使用授权的说明 学位论文作者完全了解北京化工大学有关保留和使用学位论文的规 定，即：研究生在校攻读学位期间论文工作的知识产权单位属北京化工大 学。学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允 许学位论文被查阅和借阅；学校可以公布学位论文的全部或部分内容，可 以允许采用影印、缩印或其它复制手段保存、汇编学位论文。 保密论文注释：本学位论文属于保密范围，在出解密后适用本授 权书。非保密论文注释：本学位论文不属于保密范围，适用本授权书。 作者签名：望奎望丑 日期：型：1 6 ：! 导师签名：熬遂日期：鲨c ：1 2 厶：12 第一章绪论 第一章绪论 1 1 药物控制释放系统( d c r s ) 药物控制释放系统( d r u gc o n t r o l l e dr e l e a s es y s t e m ，d c r s ) 是将治疗药物以不同 的给药技术及型式输入生物体内，以达到最佳的生物可利用率与治疗效果，包括改变 药物进入人体的方式和体内的分布、靶向控制药物的输入器官并控制药物的释放速度 等形式。【l 】d c r s 是药物输送系统( d r u gd e l i v e r ys y s m n ，d d s ) 中的一种，由于其自身 的结构及性能特点，d c r s 可以克服传统给药方式中很多难以解决的问题，【2 】比如： ( 1 ) 药物的水溶性差 某些疏水性药物在水性介质中的溶解性差，很难制备出合适的给药剂型，给药体 系的药物浓度极低，根本达不到治疗效果。而在d c r s 中，例如两亲性的聚乳酸聚乙 二醇嵌段共聚物胶束，其既可以提供亲水性环境，又可以提供疏水性环境，从而在药 物和人体之间构建了一个良好的平台，提高了药物的溶解性和体内给药的浓度，极大 提高了药物制剂的疗效。【3 】 ( 2 ) 药物在体内快速释放 ， 药物刚进入人体后，由于浓度比较大，药效会产生一个突然的释放过程。由于药 物自身没有控制释放的能力，所以随着浓度的降低，在很短的时间内药效便会急剧降 低甚至完全失去，因此在治疗的过程中总是需要在很短的间隔时间内就要对人体再进 行给药才能达到治疗的效果。更为严重的是，某些药物如果在体内急剧的释放产生药 效，人体往往无法承受，给治疗带来了危险。而药物输送体系可以作为缓释系统，一 方面可以在相当长的时间内保持药物治疗所需要的浓度，另一方面可以防止药物过快 释放对人体带来的伤害。 ( 3 ) 药代动力学参数差 肾脏具有排出并清除药物的功能，为了达到治疗效果，需要提高给药剂量或者采 取连续滴注的方式给药。而d c r s 可以通过调节载体的化学结构，控制或改变药物的 动力学参数值，可避免药物快速到达肾脏被其排除，也减轻了肾脏负担。 ( 4 ) 药物靶向性、体内分布差 药物，尤其是某些抗肿瘤药物，如果分布在正常的组织中会导致组织的不良反应， 这也限制了给药的剂量，但给药剂量降低，又会使得肿瘤组织处的药物浓度不够，达 不到治疗的效果。而一些具有靶向性的药物输送体系，可以方便的进入需要给药的组 织中，从而解决了上述问题。 4 1 北京化工大学硕士学位论文 1 2 超支化聚合物用于药物输送系统 1 2 1 用于药物输送系统的高分子材料 药物载体是药物控制释放体系中最重要的组成部分，也是影响治疗效果的重要因 素。对于载体材料而言，要求具有优良的综合性能：首先，载体性质稳定，具有一定 的强度和可塑性，从而为制剂的保存提供必要条件；其次，载体要与药物能够匹配， 对药效没有影响且具有合适的释放速度，通过简单的调配手段就可以达到对释放速度 加以控制的目的；最后，要求载体必须无毒无刺激性，不会对人体本身造成伤害。 目前对于药物载体来说，可以是无机材料，例如以纳米二氧化硅为模板的给药体 系，也可以是有机材料( 主要为高分子材料) 。可作为药物载体的高分子材料主要来源 与天然高分子和人工合成高分子两类。【5 】哪l 】 天然高分子是由生物体内提取或从自然环境中直接获得的一类大分子，由于直接 取自生物体，这一类材料具有良好的生物相容性和生物降解性。但这些材料大部分不 具备足够的机械性能和加工性能，且某些天然高分子材料会在人体内引起异体免疫反 应，因而在医学中更多用到的是经过化学改性的天然产物的衍生物或与其他材料的复 合物，比如用于腰椎间盘髓核修复的戊二醛等交联剂交联成的烷基壳聚糖材料。按照 结构与组成来划分，天然高分子材料主要可分为天然蛋白质、多糖及其衍生物，此外 还包括一些生物合成聚酯。典型的蛋白类、多糖类物质以及它们的一些衍生物主要有 胶原、白蛋白、明胶、环糊精、淀粉、葡聚糖、壳聚糖、透明质酸、纤维素、海藻酸 衍生物、硫酸软骨素和肝素等。这些材料可被用作药物控释载体，也可作为可吸收缝 合线、人工皮肤、组织修复、替代以及组织隔离膜等。 在众多的载体材料中，可生物降解的人工合成的高分子载体材料近年来引起了人 们的重视与研究，比如p l a p e g ( p o l y ( e t h y l e n eg l y c 0 1 ) ) 、p l g a ( p o l y ( d ，l 1 a c t i d e - c o g l y c o l i d e ) ) p e g 和p e g p e 两亲性嵌段( 接枝) 共聚物、p e g - p e i - p b l g 三嵌段共聚物等等。其独特的优势在于：高分子材料作为药物载体可有效地延长药物 作用时间，提高药效，同时有效地减少药物对人体的毒副作用；良好的生物相容性和 可生物降解特性有效地降低了人体的排斥反应；同时一些新型药剂药物能准确无误地 只作用于需药部位( 器官、脏器或细胞等) ，可使药物高效地在靶向部位富集，提高药 物的利用率，从而减少人体器官( 如肝、肾等) 对药物代谢的负担。因此，可生物降解 的高分子材料广泛地应用于药物、基因等的控制释放体系、体内埋植材料、生物粘合 剂、组织器官修复材料、外科手术用材料等生物医学领域。 高分子载体用于药物治疗大致分为四种，包含高分子与药物共价键合 ( p o l y m e r - d r u gc o n j u g a t e ) 、高分子与生物活性物质聚集形成共聚物( s e l f - a s s e m b l e d 2 绪论 p o l y m e r - b i o p o l y m e rc o m p l e x ) 、高分子与蛋白质共价键合( p 0 1 y m * p r o t e i nc o n j u g a t e ) 以及自组装的高分子胶束( s e l f - a s s e m b l e dp o l y m e r m i e e l l e s ) 等，如图1 - 1 所示。m 1 毒= 等目1 = 黪一 3 一t t l “ 一一书弩、一i 心u 删册= n 蓝绦p v 小7 哗一w 4 一洲竺竺型 p e gp c lp f e e a 图l _ 1 高分f 载体刚丁曲物清疗的类型：1 高分子与药物麸价键合；2 高分子与生物活 性物质聚集形成共聚物；3 高分子与蛋向质批价键台：4 白纽装的高分f 胶柬 f i g 1 - 1 t h ec a t e g o r i e s o f p o l y m e r t h e r a p e u t i c s ：1p o l y m 州l r u gc o n j u g a t e ；2s e l f - 一b l e d p o l y m e r - b i o p o l y m 日c o m p l e x ；3p o l y m 日- p r o t e i nc o n j u g a t e ；4s e l f - - b l e d p o l y m e r m i c e l l e s ； 如果按照高分子材料的物理结构来划分的话，高分子可以被分为线性高分子和非 线性高分子两类。传统的应用于药物控制释放体系的高分材料，都是采用聚乳酸等线 性聚合物及其改性产物为原料，采用一定的制备技术制成纳米或者是微米级的粒子、 微胶囊、凝胶或植入性敷料等。随着高分子化学和物理的不断发展，非线性的高分材 料越来越受到人们的关注，以超支化聚台物和树枝状聚合物为代表的两类商分子化合 物丌始崭露头角。尤其是1 9 8 5 年商业化的树枝状聚台物p m a m a 被成功台成出柬， 并以其独特的拓扑结构，在药物控制释放和基因的转移表达方面表现优异，使得人们 把更多的精力丌始投入到支化分子这一新的领域中柬。i l q 叫” 除协 北京化工大学硕士学位论文 1 2 2 超支化聚合物概述 超支化聚合物的发展历史可以回溯到1 9 世纪末期，b e r z e l i u s 用酒石酸( a 2 8 2 单体) 和甘油( b 3 单体) 合成了具有支化结构的树脂，从此打开了超支化聚合物的大门。 0 6 1 9 0 1 年，w a t s o n 报道了苯酐( a 2 单体) 与甘油( b 3 单体) 合成树脂的反应，此后 d a w s o n 、h o w e l l 和k i e n l e 等人又对该反应进行了更深入的研究。 1 7 - - 1 8 】 虽然当时合成出了这一类化合物，但是人们对于超支化聚合物的结构和性能特点 还缺乏深入的认识，限制了这一类聚合物更进一步的研究。1 9 4 1 年到1 9 4 3 年间，f l o r y 发表了大量关于支化、三维大分子的理论和试验依据的文章，从统计学的角度指出， 聚合反应进行到一定程度以后，聚合物将出现支链结构这一特征。【1 9 卜【2 2 1 1 9 5 2 到1 9 5 3 年，f l o r y 又在他的著作中指出，同一分子中含有一个a 官能团和n 个b 官能团( n - - 2 ) 的单体，经分子间缩合反应可以形成一种高度支化的聚合物并且不发生凝胶现象。 【2 3 】 2 4 】每一步a 和b 之间的反应，将再生成( n - i ) 个b 官能团。以a b 2 型单体为例， 反应的基本要求是： ( 1 ) 官能团a 和b 利用催化荆实现活化或通过取保护基团实现活化； ( 2 ) 经活化的官能团a 和b 之间可以相互反应，但自身并不会反应( 若a 自身 反应，会形成低分子量化合物；若b 自身反应，会形成凝胶) ； ( 3 ) 官能团a 和b 的反应活性不会随反应得进行而变化； ( 4 ) 官能团a 和b 的反应活性应该足够高，以便能形成高分子量的产物； ( 5 ) 分子内不会发生环化反应。 但由于其合成出的聚合物链间无物理缠结且不结晶，造成了材料的力学性能较 差，当时并未引起重视。 直到k i m 和w e s t e r b 于1 9 9 0 年用3 ，5 二溴苯基硼酸为单体合成出了超支化聚苯， 包括超支化聚合物在内的高度支化聚合物才得到了真正的应用。 超支化聚合物的合成方法比较简单，可采用简单的步骤合成，同时所得聚合物不 需要进行纯化或者只需要进行简单的纯化。超支化聚合物的按反应机理来分类包括四 种合成方法：缩合聚合；活性聚合；离子型聚合；开环聚合。 ( 1 ) 缩合聚合 缩聚是超支化聚合物制备中的重要方法，同时也是研究的最早的合成方法，缩聚 反应可以在本体中或者溶液中进行。上述所说的k i m 和w e b s t e r 采用的a b 2 单体合成 的超支化聚苯就是采用该法。 采用缩聚法制备超支化聚合物时，为达到高转化率必须及时除去反应中产生的低 分子缩合产物。比较常用的方法是用流动的惰性气体带走小分子缩合产物或者用减压 蒸馏的方法除去小分子缩合产物。缩合聚合常采用一步法反应或准一步法反应来进 行。所谓的一步法。即单体和核化合物根据所需要的繁衍次数按摩尔比例一开始就全 4 第一章绪论 部投料进行反应。一步法的缺点是所得聚合物的分子量分布较宽，所以在反应中通常 加入核单体，以降低其分子量分布。除了一步法以外，采用的比较多的方法是准一步 法，即后一代均由前一代产物添加单体( 不另外添加核单体) 而合成。利用准一步法更 大程度上可以避免单体之间的反应，从而得到分子量分散性更好地超支化分子。【2 5 】 ( 2 ) 活性聚合 缩合聚合制备出的聚合物的分子量往往分布较宽，为了弥补这一缺点，近年来人 们开发出了诸多活性聚合的方法，包括：自缩合乙烯基聚合( s c w ：s e l f - c o n d e n s i n g v i n y lp o l y m e r i z a t i o n ) 、质子转移聚合( p t p ：p r o t o n - t r a n s f e rp o l y m e r i z a t i o n ) 、原子转移 自由基聚合( a t r p ：a t o mt r a n s f e rr a d i c a lp o l y m e r i z a t i o n ) 等。 2 6 h 2 9 1 1 9 9 5 年f r e c h e t 和他的课题组提出了s c v p 方法，e 3 川到目前为止，该法也成了 活性聚合制备超支化聚合物最常用的方法。通过含有乙烯基的a b 单体聚合得到超支 化聚合物，其中a 是含有乙烯基的基团，b 是一类容易被活化的基团。反应中a b 单 体中的b 基团首先活化为引发基团b 事，b 掌引发单体中含有乙烯基的a 单元增长， 形成含乙烯单元、一个增长点、一个引发点的二聚体。进一步缩合即得到超支化产物。 反应通式如图1 2 所示。 。 ( 3 ) 离子聚合 f r o c h e t 在发展了s c v p 法后又提出了阳离子聚合法合成超支化聚合物的方法， 并成功制备出了超支化的聚苯乙烯。【3 l 】 ( 4 ) 开环聚合 在制备超支化聚合物的过程中，开环聚合应用的并不多，其最大优点就是不产生 小分子副产物，易于得到高分子量的产物。 影响超支化聚合物的性质的因素包括：聚合物主链、末端基、支化度、分子量分 布等，通过改性可以改变超支化聚合物的支化度，使得原有聚合物具有特殊的末端基， 可满足不同领域的使用要求。 超支化聚合物改性方法一般有两种：( 1 ) 用短链或有机小分子封端；( 2 ) 通过活性 聚合接枝封端。 ( 1 ) 封端改性 封端改性主要有三个目的：( 1 ) 消除官能团对分子量检测的影响；( 2 ) 研究末端基 对超支化聚合物性能的影响；( 3 ) 合成新型的超支化聚合物。这些改性方法同样在树 枝状聚合物得到广泛应用。 y o s h i k a z uk i t a j y o 和他的同事们用三苯甲基氯对超支化聚葡聚糖进行封端，得 北京化工大学硕士学位论文 邺一c h 丽邺一下洲叫一 b b +o n e i n i t i a t i n gc e n t e r 也一可1 7 ， 啦一下h b 吐孟一 图1 2 自缩合乙烯基聚合的反应机理 f i g 1 - 2t h em e c h a n i s mo fs e l f - c o n d e n s a t i o nv i n y lg r o u p 到了一种两亲性化合物，亲水性的超支化聚葡聚糖作为核，而疏水的三苯基作为壳， 其结构如图1 3 所示。通过改变三苯基的取代度，研究了该聚合物对染料玫瑰红的包 覆性能，证明了在极低浓度下，该聚合物仍有很好的单分子纳米胶囊性质。并且证明 了取代度增大，疏水性基团的空间减小，导致包覆量随着三苯基的取代度的增加而降 低，而当取代度低于c a 2 0 m 0 1 时，单分子胶囊稳定性下降， 翡酊k 醵4 搿o d m a p 。 嘲嘞y l a m 如e i n d f y d m f 图l - 3 三苯甲基氯封端的超支化聚苏糖醇 f i g 1 - 3t h es c h e m a t i ci l l u s t r a t i o no ft r i t y l c h l o r i d e - g r a f t e dh y p e r b r a n c h e dd g l u c a n 包覆率也下降，当取代度为c a 2 3 m 0 1 时包覆效率最高。【3 2 】 h u a y ut i a n 等人报道了用聚y 一苯甲基l 一谷氨酸酯封端对超支化的聚乙烯亚胺， 得到了一种水溶性的共聚物p e i p b l g ( p p ) 。研究了聚合物对于d n a 的包覆，细胞活性 6 鬻格、 黎鬃鲥 强吾硷 第一章绪论 和基因体外转移等，证明了p p 能与p d n a 很好的成为纳米粒子，通过测量纳米粒子的 粒经，发现p p 比p e i 单独与d n a 作用时的粒经要小，而且m t t 比色测定也证明了p p 的 毒性也小于p e i 。【3 3 】 g u o h u aj i a n g 等人用2 ，2 - - - 羟甲基丙酸和1 ，l ，1 三羟甲基丙烷在酸催化的条件 下合成了出了一种超支化聚酯。并且有控制的用对甲基磺酰氯取代掉聚酯中的部分羟 基，改性后的聚酯在氯仿丙酮或氯仿正己烷的混合溶剂中表现出了良好的自组装性 能。【3 4 1 j u ng e 等人以对苯二胺和l ，3 ，5 苯三甲酸为原料，合成出了超支化的芳香族聚 酰胺，然后以碳化二亚胺为连接剂，采用脂肪酶对超支化聚合物进行封端。实验表明， 超支化聚合物表面的羰基基团为脂肪酶创造了一个亲水的微环境，因此连接在超支化 聚合物上的脂肪酶与单独的脂肪酶相比，前者在高温和有机溶剂的存在下具有更高的 稳定性。【3 5 】 1 2 3 超支化聚合物在药物控制释放中的应用 超支化聚合物的成本较树枝状聚合物要低很多，采用不同的试剂对超支化聚合物 进行封端改性，可以获得许多性质各异的新型聚合物，通过对合成方法和工艺的改进， 超支化聚合物也可以获得窄分子量分布的产品，因此这一类聚合物在生物材料领域受 到了越来越多的关注。 超支化聚合物拥有与树枝状聚合物相似的性质，因而也可以像树枝状聚合物那样 广泛应用于生物医学领域。在生物材料领域里，超支化聚合物主要具有两方面的应用： 载体材料和生物降解性材料。作为载体材料，超支化聚合物可以通过其内部或者外围 的官能团与生物体通过共价键作用在一起，也可以利用其核一壳的结构区俘获客体分子 ( 如药物、蛋白、基因等) 。 z h i y u a nz h o n g 等人利用m i c h a e l j j 1 成反应，合成了三种超支化聚合物：聚1 ，6 一己 二醇二丙烯酸酯- 4 胺甲基哌啶p ( h d d a a m p ) ，聚l ，6 一己二醇二丙烯酸酯_ 4 胺乙 基哌啶p ( h d d a a e p ) 和聚1 ，4 丁二醇二丙烯酸酯4 胺甲基哌啶p ( b d d a - a e p ) 。证明 t p ( h d d a a e p ) 比, p e i 具有更好的转染活性，即使在血清蛋白的影响下，其转染也不 可逆，而且其毒性也要低于p e i 。 3 6 1 r a j e s hk u m a r 等人通过阳离子开环反应，然后用氨基封端改性，得到了 p g p e g a m i n e 超支化聚合物。并证明了其于质粒体d n a 具有良好地亲和作用且毒性 低于传统的p e i 聚合物。i 了7 】 h y u nj i nk i m 等人利用双单体缩聚反应，合成出了超支化聚酯胺聚合物。与d n a 形成了规则的纳米级微球，即使在血清蛋白的环境下仍具有良好的转染特性。该聚合 物在生理缓冲溶液环境下可以保持七天，表现出了良好地稳定性，其低毒性和缓慢的 7 北京化工大学硕士学位论文 降解性质证明了其可以用于长期的基因治疗中。【3 8 】 1 3 应用于药物输送系统的高分子胶束 1 3 1 高分子胶束的特点、分类和制备方法 高分子胶束是高分子自组装领域的一大热点。两亲性的共聚物是由疏水性和亲水 性的分子片段通过嵌段共聚或者是接枝共聚聚合而成的。与小分子表面活性剂类似， 聚合物分子在低浓度时在水溶液中独立存在，而当浓度超过临界胶束浓度( c m c ) 时 由于疏水、静电、氢键等弱相互作用力的存在，疏水区域相互吸引从而缔合在一起， 在水介质里通过自组装效应形成由疏水性的内核和亲水性的外壳组成的胶束结构。在 胶束结构中，疏水性的内核被亲水性的外壳包裹住，而亲水性的外壳则在水相和胶束 的核之间提供了一个稳定的相界面用来增强胶束的稳定性，药物在胶束中的具体位置 则取决于其极性和疏水性，如图1 1d 所示。这样一来，则为一些在水中难以溶解的 药物提供了一个“增溶”的平台，提高了这类药物使用时的剂量，并使得建立一种新 的药物剂型成为可能。 正是由于高分子胶束这些潜在的应用价值，使其在许多跨学科领域内受到了学术 界的广泛重视。更值得人们关注的是，通过调节两亲性共聚物的结构，可以方便的控 制聚合物胶束的粒径大小和形态结构。此外，据诸多文献报道，由于高分子胶束的 c m c 比小分子表面活性剂小得多，所以聚合物胶束的稳定性也要大大强于表面活性 剂形成的胶束。因此，采用可生物降解的聚合物，通过恰当的制备手段得到的高分子 胶束可以广泛用于药物控制释放研究。1 3 9 q 4 2 高分子胶束按照溶剂的不同可分为水溶性胶束和有机溶剂胶束，按类似小分子表 面活性剂的说法，前者为常规胶束，后者为反向胶束。按胶束的结构又可分为“星形 ( s t a r - l i k e ) 胶束( 一般指高分子的可溶段很长而不溶部分很短，形成胶束的核很小而壳相 对较大) ，“平头( c r e w - c u t ) 胶束；按胶束的形态可分为球状，囊泡状，圆柱状，还有二 维胶束，“蠕虫 ( w a r m _ 1 i k e ) 胶束等。 从聚合物直接制备高分子胶束主要有以下几种方法：【4 3 】 乳化固化法 乳化固化法是制备生物降解性高分子、天然高分子微球最常用的方法之一，而这 些微球在药物控释、生物分离等应用领域有着广泛的应用。一般的制备方法是：先用 各种乳化方法制备成w o 型、o w 型、w o w 型、o w o 型乳液，然后用除去溶剂 的方法使分散相固化而得到微球。除去溶剂的方法包括溶剂蒸发法、溶剂抽提法一级 溶剂扩散法等，也可用物理和化学交联等方法使液滴固化。具体步骤如图1 4 所示。 乳化固化法较多的时候是用来制备包埋药物的微囊，这时所采用的材料大多为聚 第一章绪论 乳酸、聚( 乳酸乙醇酸) 、壳聚糖、纤维素、聚氨基酸、蛋白质等生物降解型材料。 针对包埋物和聚合物材料的不同组合，所采用的方法也不同。 ( 1 ) 内包物和聚合物壁材均为疏水性物质时 一般采用o w 型乳液，选择适当的有机溶剂，将聚合物和内包物溶解在溶剂后， 使其分散于水相制成o w 型乳液，然后通过减压抽空等方式抽去有机溶剂，得到微 球。常用的聚合物材料有聚乳酸、聚( 乳酸乙醇酸) 、聚( 己内酯) 等，也有使用 p m m a 、聚丙烯酸一级与疏水性单体与聚甲基丙烯酸2 羟基乙脂等的共聚物。常用的 溶剂有二氯甲烷、氯仿、己烷、环己烷、甲苯、乙酸乙酯等。溶剂一般必须沸点较低， 容易除去。 ( 2 ) 内包物和聚合物壁材均为水溶性物质时 一般采用w o 型乳液，将聚合物的内包物溶解于水后，使其分散于油相制成w o 型乳液，然后蒸去水分或通过对聚合物交联或升温固化等方式得到微球。常用的水溶 性高分子有壳聚糖、海藻酸钠、聚氨基酸、白蛋白等。 ( 3 ) 内包物为水溶性、聚合物壁材为疏水性物质时 一般采用w i o w 2 型乳液，将亲水性内包物的水溶液与疏水性聚合物溶液共混制 成w d o 型初乳后，再将初乳与外水相混合制备成w i o w 2 型复乳，然后除去有机溶 剂得到微囊。 ( 4 ) 内包物为脂溶性、聚合物壁材为水溶性物质时 一般采用o l w 0 2 型乳液，将脂溶性内包物的有机溶液与亲水性聚合物水溶液共 混制成o l w 型初乳后，再将初乳与外油相混合制备成o l w 0 2 型复乳，然后蒸去水 分或采用交联、升温固化等方式得到微囊。 固化方法需要根据聚合物的特点和具体用途来选择，常用的方法如图1 5 所示。 ( 1 ) 溶剂挥发法溶剂的沸点较低时，可采用溶剂挥发法简单地除去溶剂而使微 球或微囊固化。聚乳酸溶解于沸点较低的二氯甲烷，因为常采用此法制备。溶剂的极 性较大时，也可采用溶剂扩散法除去溶剂：将乳液倒入大量的水内，使溶剂向水相扩 散而使微球固化。 ( 2 ) 化学交联法聚合物带有反应集团时，可加入双功能团的化学交联剂使聚合物 交联而固化。例如壳聚糖可采用戊二醛来交联。 ( 3 ) 物理交联法海藻酸盐等带有负电荷的阴离子聚合物，可采用c e + 等二价阳离 子来交联。也可和阳离子聚合物通过离子相互作用形成复合物二固化。 ( 4 ) 加热固化法白蛋白等聚合物受热后会发生固化，因此可采用加热的方式使其 固化，但包埋热稳定性差的药物时，不能采用此种方法。 9 北京化1 。 学颇j 学位论立 ( 1 ) 内乜物和聚合物均为疏水性物质时 聚合物j 符液 、 、 除玉溶剂 ： 脂 存性药物7 、 ， o w 型液滴 ( 2 ) 内包物和聚合物均为水溶陛物质时 聚台物水溶液 交联 。： 水溶性药物7 77 城药微球 n l w 0 型液滴 载药微球 3 ) 内包物为水溶性，聚合物为疏水性物质时 除土溶剂 图 w i 0 型初乳 w i o w 2 型复乳液滴哉药微球 ( 4 ) 内包物为脂溶性，聚合物为水溶性物质时 ，f ：复乳化j | 。! ，、交联 ：，一一t 一 ； 脂溶性药物聚合物水溶液 o l w 型初乳0 l w 0 2 型复乳液滴 囤 载药微球 图1 0 乳化j 州化法制需纳米微球的方法 f i 9 1 4n i ee m u l s i o n c u r e d m e t h o d o f f a b d c a t i o n o f n a r i o p a r t i c l e s 小l 刊的乳化方式和乳化条件将影响载药微球的粒径和粒径分布，如普通的耵 第一章绪论 溶剂挥发法 化学交联法 加热减压 一 溶剂的沸点必须低 )蝴板魅团 联法 上o 材 物理交联法i 二：= + 鼍_ 1 只针对特殊膜材 1一 、 加热 加热固化法r l _ _ _ _ 一 、 ， 图1 - 5 乳化吲化法制备纳米微球的周化方法 f i 9 1 - 5 t h ec u r 村m e t h o do fe m u l s i o n _ c u r e d m e t h o d 械搅拌法所制各的微球粒径一般为数十至数百微米，均相乳化器( h o m l ) g e n i z e r ) 制 备的微球为数微米，而超声乳化法则能制各l u m 以下的微球，但往往粒径越小，则释 药速度越快。由于粒径和粒径分布将直接影响药物的释放行为和靶向性，凼此要根据 需要选择合适的交联剂浓度和乳化方式，以达到理想的用药效果。 自乳化一固化法 一般乳化- 固化方法制备的微球较大，不适用于静脉注射用药物载体。利用两亲性 高分子自乳化形成纳米级乳液或形成纳米级胶束的特征，能够得| 纳米级微球或微球 药物载体。但前提必须是聚合物具有两亲性，因此，在材料制备上比较繁琐。 众所周知，a b 型嵌段接枝共聚物在适当的溶剂中，其浓度超过l 临界胶束浓度 ( c m c ) 时会形成胶束。因此，如果将双键或反应性摹日1 导入胶束内部，通过