功能性可吸收聚醚酯嵌段共聚物的合成及凝胶化行为研究

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聚乙二醇(PEG)、聚(环氧乙烷-环氧丙烷-环氧乙烷)(PEO-PPO-PEO)是一类分子链柔软、亲水性好、无毒、生物安全性好,分子量在20000以下可以通过肾脏滤出的聚醚。它们常与疏水性可降解聚酯(如PLA、PCL、PGA和PLGA等)形成两亲性聚醚酯嵌段共聚物或多嵌段共聚物。这些共聚物具备优异的自组装性能,在低浓度水溶液中可自组装成胶束,而在高浓度水溶液中可形成水凝胶,或者在聚醚酯端基引入可交联的基团通过化学交联形成水凝胶。这类水凝胶常应用于伤口治疗、药物控制释放和组织工程支架。但目前聚醚酯水凝胶存在一些问题:化学交联聚醚酯水凝胶,由于引入交联剂,导致其生物安全性能及降解性的下降,其应用受到局限:而物理交联聚醚酯水凝胶,力学性能普遍较差,且缺乏功能性基团,难以对这类水凝胶直接进行生物学修饰。在智能性方面,主要为温敏性,缺乏其他敏感性。 基于以上考虑,本论文设计合成两类可吸收的聚醚酯嵌段共聚物,通过研究它们在水溶液中的自组装行为,探讨这类共聚物凝胶化的机制,最终建立其组成结构与凝胶性能之间的关系。 (1)PLA-(L-Asp-alt--DiM)<,x>-PLA嵌段共聚物首先合成出亲水链段含侧氨基的PLA-(L-Asp-alt-Diol)<,x>-PLA系列两亲性嵌段共聚物:并且采用纳米沉淀技术制备了该系列共聚物的胶束溶液:采用动态光散射技术、芘荧光探针技术、透射电镜技术等分别考察了共聚物组成结构、聚合物溶液的浓度、介质温度和pH值等因素对共聚物胶束化行为的影响。 结果表明:当亲水性的预聚物链段(L-Asp-alt-Diol)<,x>、长度相当时,共聚物胶束粒径随着疏水链段PLA长度增加而增大;当PLA链段长度相当时,(L-Asp-alt-Diol)<,x>。或Diol分子量越大,胶束的粒径越小。预聚物中所采用的Diol分子量越小,形成的胶束亲水外壳层所含氨基越多,这将有利于对胶束表面做进一步功能修饰。 研究还发现,预聚物中Diol采用PEG2000时,所合成的PLA-(L-Asp-alt-PEG2000)<,x>-PLA共聚物在一定的条件下具有凝胶化的性能。而Diol分子量在62~600时难以凝胶化。 (2)PTMC-F127-PTMC系列共聚物F127是常用的一种具备热响应特性的两亲性聚醚嵌段共聚物,在一定的条件下可通过自组装形成物理交联水凝胶,这种水凝胶主要缺陷是力学性能较差,在体内很短时间即崩解。为提高这类水凝胶的稳定性和力学强度,论文采用短链聚三亚甲基碳酸酯(PTMC)对F1272生行疏水改性,合成出PTMC-F127-PTMC系列嵌段共聚物,通过<1>H NMR、IR、GPC及DSC对产物结构进行了确证,并研究了这种嵌段共聚物在溶液中的自组装行为。 <1>H NMR、IR、GPC结果显示,以F127为大分子引发剂,Sn(Oct)<,2>为催化剂,引发TMC单体的聚合,成功合成出系列组成和结构的PTMC-F127-PTMC嵌段共聚物。共聚物的分子量随着TMC/F127摩尔投料比的增加而增大。DSC结果显示,PTMC嵌段的引入,影响了F127嵌段的结晶,使其熔融温度下降。 采用芘荧光探针技术研究了PTMC-F127-PTMC共聚物在稀溶液中的临界聚集浓度(CAC),结果显示:PTMC的引入使其CAC从F127的10<-1>mg/ml下降到10<-3>mg/ml。动态光散射技术测试表明:当PTMC嵌段较短时(PTMC<,3-5>-F127-PTMC<,3-5>)时,在稀溶液中所形成的聚集体粒径与单纯F127分子形成的粒子粒径相近(小于20nm),且其粒径分布较宽;而当PTMC链段聚合度较长时(PTMC<,11-18>-F127-PTMC<,11-18>)时,共聚物所形成的聚集体粒径增加到100~200nm,且其粒径分布较窄。<1>H NMR证明它是一种由PPO和PTMC嵌段形成的多个疏水微相区为内核,PEO亲水相为外壳的聚集体微结构。进一步的研究还证实,这种多聚体具有温敏特性,不同温度下的<1>H NMR证明其温敏性是由PPO嵌段的溶解性与温度的依赖关系所致。 采用试管反转的方法研究了F127和PTMC-F127-PTMC系列共聚物凝胶化相图,当PTMC嵌段较短(PTMC<,3-5>-F127-PTMC<,3-5>)时,与F127类似,共聚物具有溶胶-凝胶-溶胶转变的特性,其最低临界凝胶化浓度约为16﹪,其凝胶化温度在~36℃范围;而当PTMC链段聚合度较长(PTMC<,11-18>-F127-PTMC<,11-18>)时,共聚物只有溶胶-凝胶转变特性,其最低临界凝胶化浓度约为4﹪,其凝胶化温度在~30℃范围。 采用高级旋转流变仪对F127和PTMC-F127-PTMC系列共聚物形成的水凝胶的流变性能进行研究,结果显示: PTMC-F127-PTMC系列共聚物可形成比F127更稳定的水凝胶,其力学性能优于F127水凝胶。 因此,PTMC-F127-PTMC嵌段共聚物在低温溶于水,在接近体温时由于物理缠结形成水凝胶,这非常有利于在医学领域的应用。PTMC嵌段的引入,不仅增加了这种凝胶的稳定性和力学强度,同时也保留了它的温敏特性,是一种非常有应用前景的组织工程和药物缓释载体材料。
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