壳聚糖基pH响应性纳米凝胶粒子药物载体的研究

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壳聚糖是一种资源丰富、价格低廉的天然高分子化合物,具有良好的生物相容性、生物粘附性、生物可降解性及抗菌抗肿瘤免疫增强作用等诸多的物理化学性质,因而被广泛应用于药物控释领域。但其结晶度高,溶解性差,很大程度上限制了它的应用范围。通过化学改性引入亲水性基团,是改善壳聚糖溶解性,提高其物理化学性能的有效途径。壳聚糖分子链上具有活性氨基,可以与多种酸酐进行酰化反应引入羧基,从而破坏氢键改善其溶解性,进而用来制备具有pH响应性的纳米粒子进行药物释放。纳米粒子具有许多独特的物理化学性质,如量子尺寸效应、宏观量子隧道效应、表面效应、小尺寸效应等;凝胶是聚合物通过化学键、氢键、范德华力或物理缠结形成的交联网络,受到外界刺激时体积会发生改变,具有溶胀收缩性质。纳米粒子凝胶化后就同时具备了以上两种特性,在药物控释领域具有广阔的应用前景。本研究以水为介质,以碳酸钠为催化剂,将壳聚糖分别与马来酸酐和丁二酸酐反应制备得到了水溶性的马来酰化壳聚糖和丁二酸酐酰化壳聚糖。采用元素分析、FT-IR、XRD、TG等对产物结构进行了表征。证明了马来酸酐和丁二酸酐成功接枝到了壳聚糖上,且酰化反应基本发生在氨基上;酰化反应一定程度上破坏了壳聚糖分子链原有的规整性,结晶性明显降低,水溶性大大增加;当马来酸酐与壳聚糖的摩尔比为1.2,碳酸钠与马来酸酐的摩尔比为0.6时,马来酸酐酰化取代度较大;当丁二酸酐与壳聚糖的摩尔比为2.0,碳酸钠与丁二酸酐的摩尔比为0.8时,丁二酸酐酰化取代度较大。采用Nano-ZS90Malvern仪器对不同pH值下的粒子粒径和Zeta电位进行测试,分析发现马来酰化壳聚糖和丁二酸酐酰化壳聚糖均具有随pH值变化的特性,且都得到了一个等电点,前者为pH=3.01,后者为pH=3.54,表明两种酰化壳聚糖均具有作为pH响应性药物载体的潜质。以前面得到的两种水溶性酰化壳聚糖为原料,分别采用离子凝胶法和自组装法制备得到了不同形态的酰化壳聚糖纳米凝胶粒子。离子凝胶法中,均选用相应的酰化壳聚糖钠作为离子交联剂,研究了反应物浓度和反应体系pH值对纳米粒子形成的影响,并用SEM对纳米粒子的外貌结构做了表征。SEM图显示,纳米凝胶粒子虽有成球趋势但大多出现团聚,且无法用稀释或是加隔离剂的办法让纳米粒子分散开来,证明采用离子凝胶法制备酰化壳聚糖纳米凝胶粒子的效果并不好。自组装法中,选取酰化度较高的酰化壳聚糖,充分溶解后直接滴入冰乙酸、甲酸、乳酸溶液中,直接自组装形成酰化壳聚糖纳米凝胶粒子,SEM图显示均为球形粒子且无团聚发生,有些纳米粒子二次自组装形成正六边形结构,有些则二次聚集形成一条直线,这为某些特殊分子结构的药物负载提供了空间和可能。DLS测试显示纳米粒子在加碱后粒径均由几十纳米溶胀到几百纳米,即粒径均有所增大,显示具有pH响应性,可用于智能pH响应型药物缓释载体的制备。研磨法得到了纳米级的酰化壳聚糖凝胶粒子粉末,DLS测试显示在pH=2.0的溶液中纳米粒子粒径为几十或几百纳米,而在pH=7.4的缓冲溶液中纳米粒子因发生溶胀粒径均增大到微米级,显示具有pH响应性,为后续在胃液里不释放而在肠道里释放的药物的负载奠定了基础。
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