聚多巴胺/聚(N-异丙基丙烯酰胺)组装膜与组装微胶囊的制备与研究

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聚多巴胺(PDA)是一种性能优异、制备方法简单的膜材料,可用于生物材料的表面改性或者在材料表面成膜后用于进一步的表面修饰,其已经在药物缓释、组织工程和生物传感器等多个生物医药领域得到了广泛应用。本文拟采用简单共混的方法将具有温度响应性的聚(N-异丙基丙烯酰胺)(pNiPAAm)与多巴胺(DA)混合,制备具有一定温敏性的PDA/pNiPAAm复合膜。但基于目前对PDA的形成和分子结构的认识尚存在争议,本文首先对PDA的形成和分子结构模型进行了探讨,确定了共混法制备PDA基复合膜的可行性,然后研究了PDA/pNiPAAm复合膜与复合微胶囊的制备及性能。利用三种分别为氢的受体或给体的非离子聚合物与DA混合,在不同基体表面组装成膜,对膜的组成和性能进行了表征,详细研究了非离子聚合物对PDA组装膜的形成与性能的影响,探讨了PDA膜的形成机理。然后,分别将线性和高支化pNiPAAm与DA组装得到PDA/pNiPAAm复合膜,并对复合膜的制备、组成以及表面性能等进行了详细的研究。最后,研究了不同尺寸PDA/pNiPAAm微胶囊的制备,并对微胶囊的形貌与渗透性能进行了比较。全文取得的主要研究结果如下:1、DA分别与聚乙二醇(PEG)、聚乙烯醇(PVA)和聚(N-乙烯基吡咯烷酮)(PVP)三种非离子聚合物混合制备组装膜,研究结果表明:得到了PDA/PEG和PDA/PVA复合膜,弱的氢受体PEG和既可是受体也可是给体的PVA均不需要通过共价键就可复合到PDA膜中;但强的氢受体PVP对PDA的形成有抑制作用,PVP与DA混合后没有得到PDA/PVP复合膜;PDA/PEG和PDA/PVA可以用于Lzw表面包覆,但是过高的PEG和PVA含量会导致Lzw的团聚;DA/PVP混合溶液用于Lzw的表面包覆时,即使极低的PVP也会抑制PDA在Lzw表面组装成膜。以上发现间接证明了PDA是通过非共价键作用(如氢键)形成的。复合膜的性能表征结果表明:PDA/PEG和PDA/PVA复合膜的透明度比PDA膜有所增加,而且PDA/PVA膜的透明度高于PDA/PEG膜,而且蛋白质在PDA/PVA膜表面的吸附显著低于PDA膜的,PDA/PEG膜表面的蛋白质吸附则与PDA膜表面的没有显著差异;双亲性脂质体Lzw在PDA/PVP、PDA/PEG和PDA/PVA膜表面的吸附量显著低于在PDA膜表面的吸附量。PDA/PEG和PDA/PVA用于微胶囊的制备,由于PDA/PEG膜中主要成分是PDA,PEG的含量较低,到了结构完整的PDA/PEG微胶囊,但没有得到PDA/PVA微胶囊。2、将DA分别与氨基或羧基pNiPAAm-X聚合物混合,得到了PDA/pNiPAAm-NH2和PDA/pNiPAAm-COOH两种复合膜,这说明了不需要通过共价键作用即可将聚合物分子复合到PDA膜中,而且实验结果表明提高膜制备温度有利于复合膜的制备;pNiPAAm-X对复合膜的光学透明性也有影响,PDA/pNiPAAm-X复合膜的光学密度比PDA膜低;膜干燥时,PDA/24膜比PDA/pNiPAAm-x/24混合膜的厚度略大一些,而PDA/pNiPAAm-NH2/39膜比PDA/pNiPAAm-NH2/24膜的厚度略微大一点;PDA/pNiPAAm-X膜的表面比PDA膜光滑,前者的表面粗糙度低于后者。而且,随着pNiPAAm-NH2含量逐渐增加,PDA/pNiPAAm-NH2复合膜的表面形貌与粗糙度呈现出从PDA到pNiPAAm-NH2的由高到低的转变过程;此外,蛋白质在PDA/pNiPAAm-NH2/39膜表面的吸附量随着pNiPAAm-NH2的含量增加而降低,且不受蛋白质吸附温度的影响;脂质体Lzw在PDA膜表面的吸附受到PDA膜组装温度的影响,提高PDA组装温度使Lzw的吸附量增加。最后,成肌细胞在各种复合膜表面的粘附数量相近,但细胞在39℃组装膜表面比在24℃组装膜表面铺展的更少更小。3、将DA与pNiPAAm-HB混合,pNiPAAm-HB仅通过物理缠结作用即可复合到PDA中而得到PDA/pNiPAAm-HB组装复合膜。元素组成分析表明PDA/39和PDA/pNiPAAm-HB/39在硅片表面的沉积量高于PDA/24和PDA/pNiPAAm-HB/24,前者的光学密度高于后者,而且PDA/pNiPAAm-HB/24(39)与PDA/24(39)都具光滑、均一的表面形貌。24℃时,蛋白质在PDA/pNiPAAm-HB/39膜表面的吸附量随着膜中pNiPAAm-HB含量的增加而降低;但在39℃时,复合膜中pNiPAAm-HB含量对蛋白质在膜表面的吸附量没有影响。PDA/39,PDA/pNiPAAm-HB/39和pNiPAAm-HB/39三种膜都可以用作Lzw-和L+-杂化膜的封顶层。肝癌细胞、巨噬细胞和成肌细胞三种细胞系在不同封顶层的杂化膜表面的细胞粘附数量分别都相近。再者,表面粘附细胞对杂化膜中脂质体中的荧光磷脂的摄取能力受到封顶层、细胞种类和脂质体种类等的影响,其中PLL/PMA/L+/pNiPAAm-HB杂化膜表面成肌细胞的细胞平均荧光强度在所有样品中最高。4、以5μm、2.5μm和800nm SiO2粒子为模板制得了不同尺寸的、结构稳定的、在水中均匀分散的PDA、PDA/pNiPAAm-X和PDA/pNiPAAm-HB微胶囊。5μm微胶囊的制备表明:DA浓度对微胶囊的形貌有较大影响,DA浓度为1mg ml-1时,无法得到PDA微胶囊,但pNiPAAm-X和pNiPAAm-HB与DA混合后即提高了微胶囊的结构稳定性;DA浓度为2mg ml-1时,PDA微胶囊表面为鳞片状结构,但PDA/pNiPAAm微胶囊表面则较光滑;DA浓度为3mg ml-1时,PDA/pNiPAAm-X与PDA微胶囊表面形貌相似。DA浓度对微胶囊膜的厚度也有较大影响,DA浓度为2mg ml-1时,PDA/pNiPAAm-NH2膜比PDA膜厚大约10nm,比PDA/pNiPAAm-COOH膜厚约5nm。但当DA浓度为3mg ml-1时,PDA/pNiPAAm-X和PDA膜的厚度没有显著差异。DA/pNiPAAm-HB比例一定时,得到的微胶囊膜的厚度随DA浓度的提高而增加;DA浓度一定(2mg ml-1), pNiPAAm-HB比例逐渐降低时,pNiPAAm-HB比例最低(PDA/pNiPAAm-HB2/1wt%)的微胶囊的膜最厚。由于组装时间较短(前者8h,后者19h),以2.5μm和800nm SiO2粒子为模板得到微胶囊的膜厚度均比以5μm SiO2粒子为模板的低。制备的微胶囊对DexFITC和FC两种荧光指示物都可以通过膜渗透吸收,而且膜的厚度和微胶囊的尺寸都影响微胶囊的渗透性。在脂质体Lzw表面组装了PDA、PDA/pNiPAAm-X和PDA/pNiPAAm-HB膜,但是都不能通过去除脂质体模板得到均匀分散、无团聚的纳胶囊。
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