【摘 要】
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智能水凝胶是一种重要的高分子材料,在学术研究和工业应用方面都有广阔的前景,尤其在药物输送系统中,能够响应特定的生理触发因素从而在适当的时间和作用部位释放包埋的药物。近年来,刺激响应型水凝胶的合成、自组装、溶胶-凝胶行为及其载药-释药特性是国内外高分子及材料科学领域的一大研究热点。本文基于目前智能水凝胶在生物医药领域的研究现状,采用可逆加成-断裂链转移聚合(RAFT)法,以2-(2-氰基丙基)二硫代
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智能水凝胶是一种重要的高分子材料,在学术研究和工业应用方面都有广阔的前景,尤其在药物输送系统中,能够响应特定的生理触发因素从而在适当的时间和作用部位释放包埋的药物。近年来,刺激响应型水凝胶的合成、自组装、溶胶-凝胶行为及其载药-释药特性是国内外高分子及材料科学领域的一大研究热点。本文基于目前智能水凝胶在生物医药领域的研究现状,采用可逆加成-断裂链转移聚合(RAFT)法,以2-(2-氰基丙基)二硫代苯甲酸酯(CPDB)作为链转移剂,设计并合成了三种全新的具有UCST温敏响应的多刺激响应三嵌段聚合物,系统性地研究了这些聚合物在水溶液中的环境响应特性、生物毒性及药物控释性能。主要研究内容与结果如下:(1)选用疏水性单体丙烯酸叔丁酯(tBA)合成第一嵌段PtBA,与亲水性嵌段N,N-二甲基丙烯酰胺(DMA)以及丙烯酰胺(AM)和丙烯腈(AN)再通过RAFT聚合制备出一种温敏性三嵌段共聚物PtBA-b-PDMA-b-P(AM-co-AN),经水解得到温度/阴离子pH响应的三嵌段聚合物PAA-b-PDMA-b-P(AM-co-AN)(ADAA)。通过FT-IR、1H NMR和GPC对聚合物的分子结构及分子量进行了初步确定,得到最终聚合物组成为PAA120-b-PDMA373-b-P(AM150-co-AN50)。通过DLS、比浊法以及TEM对ADAA在低浓度下的自组装过程进行了研究:ADAA在水溶液中随着温度和pH值的变化自组装成不同的纳米结构,包括分子链,core-shell-corn、core-linking-core和更紧密的双核结构。通过旋转粘度计、流变仪和SEM等对ADAA的溶胶-凝胶转变行为进行了研究:在最低作用浓度(~7 wt%)之上,通过调节pH和温度,可以控制ADAA发生可逆的溶胶-凝胶转变,并且相转变温度在一定的范围内随浓度和pH值而变化。此外,进行了 MTT毒性实验,证明ADAA具有良好的生物相容性,且当将其注入模拟人体环境装置中,显示出持续的给药行为以及较低的瞬时药物浓度。(2)首先用丙烯酰胺(AM)和丙烯腈(AN)合成UCST型温敏性材料P(AM-co-AN),引入pH敏感性材料4-乙烯基吡啶(4VP)通过RAFT聚合法成功合成了 UCST 型温度/阳离子 pH 敏感性三嵌段聚合物P(AM117-co-AN35)-b-PDMA475-b-P4VP74(VDAA)。低浓度时,随着温度和 pH 的变化,VDAA会发生core-shell-corn和core-linking-core的可逆结构转变。高浓度时,VDAA的凝胶行为主要归因于PAM内部的氢键交联作用。浓度达到最低作用浓度后,降低温度或者升高pH值都会触发VDAA从流动的板块溶胶状态变成具有规则孔洞的弱凝胶状态再变成独立的交联密集的纤维状凝胶。(3)在前两章的基础上,将pH响应嵌段换成LCST型温度响应嵌段,通过 RAFT 聚合法合成双温敏性聚合物 P(AM89-co-AN23)-b-PDMA475-b-PNIPAM57(NDAA)。NDAA由一个LCST型(PNIPAM)和一个UCST型温敏性嵌段(P(AM-co-AN))组成,且其LCST>UCST。低浓度时,随着温度从低到高,NDAA会发生从core1-shell到全溶解状态再到core2-shell的可逆结构转变。高浓度时,NDAA的凝胶行为主要归因于PAM内部和与PNIPAM之间的氢键交联作用。当浓度达到最低作用浓度后,低温情况下NDAA可轻易形成密集又规则的蜂窝状凝胶态。总之,希望这项研究能突显出UCST型温敏性聚合物在各个应用领域的优越性,为环境刺激响应性聚合物的研究和应用提供一个有效参考。
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