纳米颗粒稳定的Pickering乳液和气泡的制备与研究

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近十几年来,Pickering乳液和Pickering气泡在化学工程、材料科学、制药工程、药物输送和生物化学等各个领域受到相当大的关注。众所周知,乳液或气泡可以通过小分子或一些大分子表面活性剂稳定,但其中一些表面活性剂具有较高的毒性,甚至具有致癌性,并且由于热运动,分子表面活性剂在界面上的吸附和解吸附处于动态平衡状态,乳液易发生聚结和奥斯特瓦尔德熟化,最终导致相分离。Pickering乳液/Pickering气泡仅利用固体颗粒作为表面活性剂,来直接代替传统乳液/气泡中的分子表面活性剂。固体颗粒能够不可逆转地直接附着在油/水界面或者气/液界面上,不仅减少了液滴或者气泡的聚结,导致比分子表面活性剂更为有效的稳定性,还赋予了乳液/气泡丰富的功能特性,如pH响应性、电导率和孔隙度等。一些生物相容性固体颗粒无毒无刺激,其稳定的Pickering乳液/气泡在体内使用具有更高的安全性。本文针对乳液/气泡存在的问题,进行了一系列的研究。首先利用微流控技术,结合可控相分离以及共沉淀法来制备尺寸和形貌可调控的,具有良好生物相容性和生物可降解性的多功能集成的紫胶/聚乳酸的Janus纳米颗粒。然后通过表面亲水改性赋予Janus颗粒两亲性,将其作为颗粒表面活性剂来制备十分稳定、具有pH响应性和乳液类型可灵活调控的Pickering乳液。最后通过界面纳米沉淀法制备了聚多巴胺纳米颗粒稳定的Pickering气泡,Pickering气泡具有良好的分散性、稳定性、生物相容性和生物安全性,并且能够高效输送氧气,改善肿瘤的缺氧微环境,实现与化疗药物联合治疗肿瘤,扩展了Pickering乳液/气泡在生物医学领域的应用。本文的研究内容和创新性成果如下:(1)利用微流控技术,结合共沉淀和相分离法来制备生物相容的Janus纳米颗粒,一端为紫胶球、另一端为聚乳酸球。通过流动聚焦型微流控装置实现紫胶/聚乳酸Janus颗粒的大批量连续制备。然后探究了Janus纳米颗粒的形成机理,颗粒尺寸主要受到混合时间的影响,而颗粒的最终形貌与二元聚合物体系的界面张力有关,通过实验验证了体系的三相界面张力满足二元聚合物形成Janus结构的关系。Janus纳米颗粒具有许多优势,比如它们具有各向异性的组成成分,优良的生物相容性,粒径/尺寸可控,形貌可控,分散性能好。(2)制备了一种两亲性Janus纳米颗粒稳定的Pickering乳液。通过表面亲水改性获得了具有两亲性的Janus颗粒,是一种理想的颗粒表面活性剂,其形成的Pickering乳液至少能够在一年内保持稳定。除此之外,两亲性Janus纳米颗粒稳定的Pickering乳液拥有许多独特的性质,比如具有普适性、pH响应性和乳液类型可控性。可控形貌的两亲性Janus颗粒在很大程度上能够调节水/油界面曲率,进而获得所需的乳液类型,扩展了其在材料科学、制药工程、药物输送和生物医学领域的应用前景。(3)通过界面纳米沉淀法制备了一种聚多巴胺纳米颗粒稳定的Pickering微氧气泡。聚多巴胺纳米颗粒稳定的Pickering微氧气泡具有优秀的分散性、生物相容性和生物安全性,是一种优良的氧气输送载体,可以迅速提高缺氧溶液的氧气浓度,将缺氧环境变为富氧环境。并且Pickering微氧气泡可以改善肿瘤的缺氧微环境,其与化疗药物吉西他滨的联合治疗在抑制肿瘤生长方面显示出卓越的治疗效果,在药物递送、肿瘤治疗和生物医学领域有着巨大潜力。
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