具有抗蛋白吸附性能的新型纳米颗粒的合成及其应用

1、具有抗蛋白吸附性能的新型纳米颗粒的合成及其应用在生物医学工程领域 , 新材料（生物传感器、纳米载药系统、组织支架、免 疫诊断试剂等）在体内或体外应用过程都会碰到生理环境中蛋白的非特异性吸附 问题。而非特性蛋白吸附在材料表面会引发材料性质的改变 , 进一步带来一系列 严重的后果 , 如: 血栓的形成、 植入材料的表面功能基团失活、 药物不能从纳米载 药体系中释放、检测背景的增加等。因此, 抗蛋白吸附材料的合成及其性质研究成为今年来功能性材料研究领域 的重点和热点。两性离子结构的抗吸附材料是近年来发展起来的一种新型材料 , 它相对于传统的聚乙二醇（PEG材料其抗吸附性能更优，同时具有抗氧化、不改

2、变药物活性等优点。但是在之前的研究主要集中在平板体系中 ,而纳米颗粒其比表面积更大 ,表 面能更高 , 在生理环境中的非特异性吸附现象更加严重 , 如何在颗粒表面可控的 修饰两性结构仍然是一个重大的挑战。 同时由于颗粒和蛋白均处于不断运动的状 态, 如何定性和定量的分析颗粒与蛋白之间的非特异性吸附现象也是一个重要的 挑战。在能够定性和定量的分析非特异性吸附之后 , 颗粒表面参数对于抗吸附性能 的影响才能够清楚的被揭示 , 并指导颗粒表面抗吸附材料的合成以及进一步的应 用。本论文聚焦于纳米颗粒在生物医学工程领域应用过程发生的非特异性蛋白吸 附的问题,通过在纳米颗粒表面修饰具有抗蛋白吸附性能的两性

3、结果能够达到降 低表面吸附的目的。本文的前期研究表明颗粒在体内应用中 , 蛋白吸附是一个普遍现象 , 而表面 电性是影响其吸附的一个关键因素。 同时两性修饰的纳米颗粒的抗蛋白吸附研究存在制备工艺复杂 ,结构与抗蛋白吸附性能之间关系不够明晰 , 距离实际应用较 远等缺点。本文主要改进了在纳米颗粒表面修饰聚合物的方法 , 合成了结构可控的具有 抗蛋白吸附性能的纳米颗粒 , 定性并定量的研究了颗粒和蛋白之间的相互作用 , 探究了结构与抗蛋白吸附性能之间的关系 , 合成并优化了具有功能基团的两性纳 米颗粒, 进一步探索了这些颗粒在生物医学工程领域的应用潜能。在第二章中 , 我们在实验室已有的工作基础上

4、 , 将在血清中具有一定抗蛋白吸附 （稳定至少 24 小时）的PAAUSPIOS粒进行配方和工艺优化,使其能够满足静脉给药的开发特 点,初步的安全性实验表明这类 PAAUSPIOS粒具有剂量耐受量高,无明显细胞 毒性和长期毒性,无过敏反应等特点,有效性实验表明PAAUSPIOS粒根据其在 体内的代谢过程能够实现多功能的磁共振造影 ,具有血液循环时间长 , 造影清楚 的特点。上述结果均表明PAAUSPIOS粒具有良好的成药前景和临床应用潜力。但 是由于该颗粒表面带有明显的负电性 , 所以还会吸附正电性的溶菌酶蛋白 （Lyz）, 表明颗粒表面电位是影响抗吸附的一个重要因素。在第三章中,我们设计并合

5、成了一类新型带有功能性硅烷基团的RAFT式剂,以二氧化硅纳米颗粒为研究模板,通过一步法在颗粒表面修饰高密度的 RAFT式 剂, 通过表面引发的方式在颗粒表面使用两条不同的线路可控地合成两性聚电解 质球刷（SiO₂pCBMA该合成线路简化了颗粒表面的 RAFT聚合方 法,具有良好的通用性 ,可适用于颗粒表面不同类型单体的聚合作用。研究了不同参数的SiO₂pCBM球刷的溶液性质以及与蛋白之 间的相互作用 , 阐明了颗粒表面聚合物链的接枝密度以及两性程度是抗蛋白吸附 的关键因素。在第四章中 , 针对接枝密度这

6、个条件 , 我们设计并合成了一种新型含 有两性羧基甜菜碱结构的硅烷偶联剂 , 该偶联剂能够通过一步反应在氧化硅颗粒 表面修饰高密度的两性结构( SiO₂-ZWS)。通过DLS电位、TGA IR等手段表征SiO₂-ZWS颗粒表面成功 地修饰了两性结构，两性SiO₂-ZWS颗粒在0-1M盐浓度的溶液中均具 有良好的胶体稳定性之后 , 我们使用不同的模拟蛋白溶液对SiO₂-ZWS的抗蛋白吸附性能进行详细的研究，DLS、

7、浊度滴定、ITC 等研究手段均表明SiO₂-ZWS具有良好的抗蛋白吸附性能。在第五章 中,我们在使用上一章合成的两性颗粒进行进一步偶联应用时 ,发现了短链两性 羧基结构在EDC/NHSH联过程中的特殊水解行为，由于两性结构与水可以形成特 殊的水化层结构，加速了活性中间体NHS酯的水解反应，从而使两性SiO₂-ZWS颗粒在水相中几乎不与蛋白发生偶联反应。基于这一发现 , 我们设计并合成了一类表面不同比例的短链修饰的两性结构 这类两性结构同时具有抗蛋白吸附性能和蛋白偶联能力 ,这种混合修饰的两性结 构也能够达到纯两性短链修饰的 SiO<sub>2