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可降解高分子材料已引起人们越来越多的兴趣,一方面由于它们能广泛地应用于临床、医疗方面,例如药物缓释系统、外科手术缝合、组织修复再生设备等;另一方面,将它们用应用于环保方面,有望缓解和消除塑料制品带来的环境污染和垃圾堆积等问题。事实上,可降解高分子材料还可用作农业上的覆盖用薄膜及日常包装用的材料等。
聚已内酯是最具应用潜力的合成高分子之一,它能在水中或与微生物接触而发生降解。聚已内酯的微球和纳米微粒在药物控制释放中可以用作多种类型药物的载体。作为药物载体的纳米微粒通常由两亲性的嵌段共聚物制得。纳米微粒的憎水性内核吸收或负载水溶性差的药物,亲水性外壳用来保证微粒在水相中的稳定性,使得整个微球系统不受调理素的作用而被单环噬菌细胞吸收。聚已内酯作为亲水链段通常与亲水链段如聚乙二醇(PEG)构成两亲性的嵌段共聚物,在水相中自组装形成高分子纳米胶束。这种具有核壳结构的纳米体系尤其适合于疏水性药物的负载。
聚已内酯的可降解性早在上世纪70年代就被发现,之后引起了人们的广泛重视。聚已内酯的降解主要是以聚已内酯微球和薄膜形式,对如聚乙二醇-聚已内酯、聚乙二醇-聚乳酸共聚物的降解研究主要是以薄膜形式;而对如聚乙二醇-聚已内酯、聚乙烯吡咯烷酮-聚已内酯嵌段共聚物自组装形成的纳米微粒的降解研究还较少,其所处的水相环境与聚己内酯本体或嵌段共聚物薄膜的差异较大,因此纳米微粒水解或酶催化降解的过程也与之不同。
(1)我们采用了端甲基聚乙二醇(MPEG)作为大分子引发剂,对已内酯进行开环聚合反应,成功制备了预计分子量的聚乙二醇-聚已内酯(PEG-PCL)两嵌段共聚物。之后采用高分子沉淀法制备得到了聚乙二醇-聚已内酯的纳米微粒。对纳米微粒在37℃下不同pH(4.44、7.40和10.20)条件及脂肪酶AY作用下的降解行为进行了研究。结果表明:PEG-PCL纳米微粒的水解速率随着pH的升高而加快,降解按先壳而核的步骤进行,PCL链锻的降解是随机断裂的过程。而PEG-PCL纳米微粒在脂肪酶AY作用下的降解比较迅速,在一定浓度范围内,降解初速率与酶的浓度成正比。
(2)我们采用链转移自由基合成的方法制备了链端带有羟基、分子量在10000左右的端羟基聚乙烯吡咯烷酮(PVP-OH),然后对已内酯进行开环聚合,制备得到了聚乙烯吡咯烷酮-聚已内酯(PVP-PCL)两嵌段共聚物。之后利用嵌段共聚物制备了PVP-PCL纳米微粒,并对纳米微粒在脂肪酶AY、PS的催化作用下的降解和在不同pH、温度下的水解行为进行了研究。结果表明,两种酶均能快速催化PVP-PCL纳米微粒的降解,且PS的催化效率更高。在一定的浓度范围内,两种酶对PVP-PCL纳米微粒的降解起始速率基本上都与酶浓度成正比关系。而PVP-PCL纳米微粒的水解表明,PVP-PCL纳米微粒在中性条件和低温条件下能比较稳定;在弱酸性条件下,纳米微粒会发生解离,PCL链段的降解是随机降解的过程;在弱碱性条件下,降解随温度升高而加快,但是在较高温度下(~37℃)纳米微粒随着降解的进行发生了再组装,形成棒状物,减缓了PCL降解的进行。