葫芦脲[6]聚合物纳米颗粒的研制及其应用研究

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聚合物纳米颗粒(PNP)因其稳定性高、粒径可控、无毒以及可设计性而被广泛关注。在实际应用中通过引入不同种类的功能单体,调节各单体的配比可使其具备某些特定的物理化学特性。葫芦脲(CB[n])是一种由甘脲衍生出的对客体分子具有高度选择性和亲和性的主体化合物,将葫芦脲引入PNP侧链结构中,使其既可以通过疏水和静电作用与客体分子形成具有刺激响应性的主客体包合物,又可以保留PNP本身固有的优良特性,以用于建立对目标客体分子特异性的分析检测及吸附去除方法。精胺(Spermine)是生物体中普遍存在的多胺,主要参与代谢调节、肠粘膜再生和伤口愈合等过程。尿液中精胺水平的改变可以作为诸多疾病早期诊断的生物标志物,建立尿液中精胺的高选择性、高灵敏度检测方法具有重要意义。内毒素(Endotoxin)又称脂多糖(Lipopolysaccharide,LPS),是革兰氏阴性菌的细胞壁成分,由菌体死亡或裂解后释放出来,可通过饮用水、空气和血液透析等多种途径进入人体,引起免疫、炎症反应甚至败血症等危及生命的疾病。由于内毒素通常以聚集体的形式存在而被认为是医疗用水中最难去除的污染物,因此,开发一种对内毒素具有高效去除能力的吸附剂具有重要意义。鉴于此,本研究以含双键的葫芦脲[6](CB[6])为功能单体合成了多种具有不同表面化学性质的PNP,从中筛选出对小分子化合物精胺和生物大分子内毒素具有特异识别能力的PNP作为亲和配体,利用这种主客体相互作用建立了尿液中精胺的特异性检测方法,同时为内毒素的吸附去除提供了一种潜在的亲和吸附材料。主要研究工作和结果如下:1.利用过硫酸钾对CB[6]的强氧化作用合成出十二羟基取代葫芦脲((OH)12CB[6])中间体,进一步与丙烯酰氯反应得到部分丙烯酰氧基取代的葫芦脲((AO)nCB[6])单体。调节(AO)nCB[6]与N-叔丁基丙烯酰胺(TBAm)和N-异丙基丙烯酰胺(NIPAm)的配比,采用沉淀聚合法制备出一系列侧链含有CB[6]的聚合物纳米颗粒((AO)n CB[6]-NPs)。同时,以商用的全烯丙基氧代基葫芦脲[6]硫酸钾((AO)12CB[6])为功能单体合成出结构类似的CB[6]聚合物纳米颗粒文库((AO)12CB[6]-NPs)。结果发现,聚合物纳米颗粒的产率随着CB[6]配比的增加而降低,这主要归因于CB[6]较大的分子尺寸以及较短的间隔臂导致的空间位阻效应。此外,由于本实验室合成的葫芦脲单体中引入的丙烯酰氧基较少,与(AO)12CB[6]-NPs相比,(AO)n CB[6]-NPs合成产率更低。2.~1H NMR分析证实CB[6]与精胺、染料分子反-4-[4-(二甲氨基)苯乙烯基]-1-甲基嘧啶碘(客体A)具有明显的主客体相互作用,但是由于精胺在紫外可见范围内无生色基团,使其后续检测困难。紫外可见光谱分析表明CB[6]对客体A的吸附作用弱于精胺,当CB[6]与客体A结合后引入不同浓度的精胺又可以将已结合的客体A释放出来。以上结果为后续建立基于葫芦脲[6]聚合物纳米颗粒的精胺间接紫外可见分光光度法奠定了基础。3.从PNP文库中筛选出包结作用大而非特异性吸附小的NP14(12%(AO)nCB[6],86%NIPAm,2%BIS)用于建立精胺的高通量间接紫外可见分光光度法。该方法对精胺检测的灵敏度高,线性范围宽(0~14.71μg/m L)。此外,该方法还具有高选择性,与几种常见的氨基酸和生物胺相比,精胺对客体A的置换率接近100%,对精氨酸、尸胺和组胺的置换率低于25%,对其他几种氨基酸则基本无响应。由此可见,这些可能存在的干扰物对精胺的检测影响较小。该方法对精胺检测的准确度高,尿液中精胺的加标回收率接近90%,可以与传统的丹磺酰氯衍生-HPLC法相媲美。与传统方法相比,该方法还具有检测速度快、方法简便、对仪器依赖性低的特点。4.从PNP文库中筛选出对LPS具有最高吸附性能的NP11(12%(AO)nCB[6],40%TBAm,46%NIPAm,2%BIS)作为内毒素的亲和吸附材料,优化出最佳吸附条件为p H 9.0 10 mmol/L PBS缓冲溶液。吸附动力学实验表明基于葫芦脲[6]的聚合物纳米颗粒对LPS的吸附速率非常快,10 min即可达到吸附平衡。等温吸附实验表明NP11对LPS的最大吸附量可达11.23 mg/g。以上结果表明,这种基于葫芦脲的聚合物纳米颗粒可以用于水体中内毒素的吸附去除,其特异捕获能力主要来源于其侧链中引入的葫芦脲主体化合物与LPS类脂A中脂肪酸长链之间的包结作用。
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