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自从1992年首次报道合成M41S介孔分子筛以来,关于介孔分子筛的合成和应用迅速成为材料科学和纳米技术领域的一大热点。硅基介孔分子筛因具有分布均匀且连续可调的孔径、高比表面积、大孔容和良好的生物相容性,其在催化、吸附分离、化学传感器、酶固载、药物传输等领域得到了广泛的应用。
本论文在借鉴和总结前人工作的基础上,以“硅基介孔分子筛在氨基酸吸附和pH敏感型药物控释中的应用”为题,系统研究氨基酸在介孔氧化硅表面的吸附规律,同时以制备pH敏感药物控释系统为研究内容展开论文工作,得到了以下主要结论:
(1)考察了五种模型氨基酸(精氨酸Arg、谷氨酸Glu、苯丙氨酸Phe、亮氨酸Leu和丙氨酸Ala)在介孔SBA-15型分子筛(SBA-15、Al-SBA-15、CH3(10%)-SBA-15和CH3(20%)-SBA-15)表面的吸附。对于三种不同的类型的氨基酸(酸性氨基酸、碱性氨基酸和中性氨基酸),其吸附行为表现出以下规律:酸性氨基酸Glu和碱性氨基酸Arg在SBA-15表面的吸附主要受静电力推动,对于Arg,通过优化溶液pH、离子强度和分子筛的骨架酸性,达到了良好的吸附效果,最大吸附量为0.71 mmol/L;中性氨基酸Phe、Ala和Leu的吸附主要受疏水作用推动,对于Phe,通过调节溶液pH值至5.5,并改善分子筛表面的疏水性,最大吸附量达到0.57 mmol/L。此结论澄清了之前文献关于氨基酸在氧化硅表面吸附作用力方面存在的争议。进一步,选用超疏水硅基介孔分子筛作为中性氨基酸Phe的吸附剂。吸附结果表明,该分子筛对Phe有优良的吸附效果。当调变甲醇-水二元混合溶剂组成使VCH3OH/VH2O=50/50时,Phe在该分子筛上的最大吸附量达到0.827 mmol/L,远高于同等条件下Phe在常规疏水改性介孔分子筛上的0.122 mmol/L。通过机理分析,认为是该分子筛的超疏水表面和微疏水区同时对Phe有保留的结果。
(2)提出“锚定法”用于pH敏感聚合物PMV对MSS的包覆。得到的包覆体MSS/PMV显示了良好的pH敏感性能。包覆的原理是:通过控制适当的溶液组成(Modified-Stober体系),使得硅氧烷PMV在溶液中水解后在MSS表面的缩聚行为(包覆)比之自身的缩聚行为明显占优,从而PMV能够均匀的包覆在MSS表面,而自聚程度较低。包覆体MSS/PMV-b的聚合物壳对药物分子布洛芬(IBU)的释放起到了明显的孔口开关的作用,其“open-closed”机制通过pH控制:在pH=7.5时,PMV对IBU的对外释放基本没有阻碍作用,IBU在2h内完全释放;而在pH=4.0或5.0时,药物被很好地限制在MSS孔道,8h仅15%的IBU释放出来。
(3)通过在介孔硅球(MSS)的孔口成功嫁接对pH敏感的有机基团(3氨链),制得的3NH2-MSS显示了良好的pH敏感性能。在本部分工作中,我们将含模板的MSS置入含有二乙烯三胺基丙基三甲氧基硅烷的甲苯溶液中在控温100℃的条件下反应12 h,得到的3NH2-MSS具有明显的“分子开关”性质。通过尝试不同的除模板途径(包括萃取、酸性液离子交换、中性液离子交换),最后成功的除去各分子筛样品中的模板剂,其代表性的方法是先用乙腈抽提然后用中性离子交换液NaCl/(甲醇+水)交换。在此过程中,我们获悉了3NH2-MSS pH可控的“分子开关”性能。3NH2-MSS的3氨链对IBU的释放起到了明显的孔口开关的作用,其“open-closed”机制通过pH控制:在pH=7.5时,IBU释放迅速,2h内即释放完全;而在pH=4.0或5.0时,药物被3氨链很好地限制在MSS孔道,24 h仅不足13%的IBU释放出来。