pH响应的磁驱动水凝胶的制备及药物释放行为研究

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近年来,智能水凝胶在药物递送领域发挥越来越重要的作用,通过水凝胶递送药物不仅能保护药物,还能定点定时释放药物。目前大多数水凝胶递送药物是借助皮肤贴片或者采用注射的方式。这些方式只能满足在固定部位或受特定刺激释放药物,无法自主、精准的控制在特定部位释放药物。因此,制备能精确运动到特定部位,并在外部刺激下释药的水凝胶仍然面临诸多挑战。针对以上问题,本文构建了一种新型微脚软体释药机器人,通过在pH响应型水凝胶中加入磁性四氧化三铁(Fe3O4)纳米颗粒,利用磁场诱导Fe3O4在水凝胶中的重新排列产生微脚结构,这种结构减小了水凝胶与接触表面的摩擦力,提高了水凝胶的驱动性能,从而在磁场控制下实现微脚软体释药机器人精确运动到特定部位并受到pH刺激释放药物。具体研究成果如下:(1)通过向海藻酸钠水凝胶中加入磁性纳米颗粒,制作了一种双响应的水凝胶释药机器人,研究了磁性纳米颗粒对释药机器人驱动性能的影响。通过对磁场强度和磁性纳米颗粒种类的研究,发现直径20 nm的Fe3O4在150 m T磁场下能够在水凝胶中产生微脚结构。进一步探究了海藻酸钠和Fe3O4纳米颗粒对水凝胶释药机器人力学性能、驱动性能和释药性能的影响。结果表明,软体释药机器人断裂应力为22 k Pa,在光滑表面驱动速度为1.5 cm/s,在粗糙表面驱动速度为0.094 cm/s,在pH=7.4环境下释药量达到40%。(2)为了进一步提高海藻酸钠微脚软体释药机器人的力学性能和释药性能,在原有基础上加入明胶来构造双交联网络,进一步增强水凝胶的交联程度,提高软体释药机器人的力学性能、驱动性能和释药性能。实验探究了不同海藻酸钠和明胶质量比对复合水凝胶力学性能和释药性能的影响规律,研究了Fe3O4纳米粒子调控复合水凝胶力学性能、驱动性能和释药行为的机理。研究结果表明,与单纯的海藻酸钠微脚释药软体机器人相比,具有双交联网络的复合水凝胶的力学性能、驱动性能和释药性能均有所提升,力学性能提高了80%,释药量提升了50%,在光滑表面驱动速度也从1.5 cm/s提升为2.14 cm/s,复合水凝胶微脚软体释药机器人也能够在复杂的表面运动,极大提高了水凝胶在定点释药方面应用的可能性。
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