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本文对生物体的结构、功能以及过程的仿生材料进行了研究,主要内容包括对BAB型三嵌段共聚物的仿生自组装行为、阳离子三嵌段共聚物用作基因载体以及仿生合成有机一无机杂化SiO<,2>粒子的研究与探讨。
首先采用NCAs开环聚合可控生成与生物体中脂质结构相似的BAB型三嵌段共聚物聚(N<'ε>-苄氧羰基赖氨酸)-聚乙二醇-聚(NO<'ε>-苄氧羰基赖氨酸),对其在共溶剂诱导下的自组装行为进行了研究,发现共聚物的亲/疏水组成和选用的共溶剂均对自组装聚集体的形态产生影响。当初始溶剂为 DMF,亲水链长度大于疏水链长度时,自组装形成螺旋态为主的棒状结构,随着疏水链长度增加,自组装形态逐渐过渡为球形胶束以及多种形态的一次胶束聚集体;改变初始溶剂为 DMAc 时,嵌段共聚物的自组装形态与在DMF 中相比刚好相反——亲水链长度小于疏水链长度时,自组装形成螺旋态为主的棒状结构,反之则形成胶束及其聚集体;当共溶剂为 DMSO 时,形成了类似于细胞膜结构的囊泡。
将 PLL(Z)-PEG-PLL(Z)去保护后得到阳离子嵌段共聚物PLL-PEG-PLL,反应过程中共聚物的链长不发生变化。对PLL-PEG-PLL用作基因载体的性质进行研究发现:①聚阳离子含量越高,对 DNA 的包覆效果越好;形成的聚离子复合物可被胰蛋白酶降解,实现对 DNA 的释放;②PLL-PEG-PLL对细胞系SF9和HEK293都转染成功,在SF9中,某些组成的共聚物转染效率与商业化试剂相比可达80%以上;③聚阳离子三嵌段共聚物/DNA复合物的大小在纳米范围内,TEM下形态多为球形,AFM 也观察到类似于棒状的聚集体;④细胞毒性测试的结果表明,降低阳离子含量可降低细胞毒性。
以反相乳液聚合方法合成了水合动力学粒径为598 nm的高分子微凝胶模板,然后四甲氧基硅烷TMOS为硅源,室温、中性水条件下,仿生合成SiO<,2>杂化粒子。对杂化粒子的性质进行表征,得到以下结果:①成功合成了以微凝胶为模板的有机-无机杂化SiO<,2>粒子,粒径大小与模板有关,SiO<,2>纳米粒子分布于整个微凝胶中,形成沟壑与孔洞交织的网络结构;②模板对 SiO<,2>杂化粒子的生成起主导作用,决定整个有机-无机杂化粒子的形态和组装性能;TMOS也对SiO<,2>的沉积有重要影响,TMOS用量越大,形成的杂化粒子表面越光滑,整个粒子结构越密实,反之则形成的粒子表面粗糙,结构疏松;③除了模板和TMOS的影响,溶剂组成和反应时间等其他外界因素也对杂化粒子的性质产生影响。通过改变溶剂组成和微凝胶浓度改变模板的溶胀程度,可改变粒子的结构和表面形貌;随着反应时间的延长,杂化粒子从表面粗糙的疏松结构逐渐转变为表面光滑的致密结构;④随着SiO<,2>的沉积,粒子的Zeta电势在测试pH范围内出现等电点。TMOS用量越大,等电点越低;⑤BET测试表明,随着TMOS投料量的增加,比表面积减小,TMOS用量越小,粒子比表面积越大。对杂化粒子进行灼烧后,会增大其比表面积;⑥热重分析实验发现,同样的微凝胶浓度,加入TMOS越多,单位时间内转化率越低,延长反应时间可以提高反应的转化率;增加微凝胶的溶胀程度可提高催化效率,进而提高反应转化率。