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作为一类重要的高分子材料,聚合物水凝胶由于其优良的理化性能和生物学特性而被广泛应用于生物医药领域,降解特性是其作为生物医用材料的重要性能指标。刺激响应降解型水凝胶是指在环境因素刺激下凝胶网络发生响应性断裂,进而产生凝胶-溶胶/溶胀-降解转变的一类智能高分子材料,其响应降解特性可通过将环境敏感性断裂基团引入到聚合物凝胶网络中来实现。刺激响应降解型聚合物水凝胶不仅具备常规聚合物水凝胶高效的传质、渗透特性及其柔软、润滑的表面与组织表面的亲和特性,同时具有敏感的刺激响应性和时间、空间上的可控降解性能,而且可通过简单的结构修饰得到理想的力学和化学性能,因此在药物控制释放及组织工程等领域具有广阔的应用前景。本论文基于双硒键作为氧化刺激降解基团,并结合其它相应刺激响应性基团,合成了多类含有双硒键的刺激响应型聚合物水凝胶,重点研究了上述水凝胶在不同环境刺激下的响应行为和降解特性,并对其在药物缓/控释载体上的应用进行了初探。本论文的工作包括以下几个方面: 1、基于双硒键的氧化/温度双重响应型聚(N-异丙基丙烯酰胺)(PNIPAM)水凝胶的合成及释药性能研究 首先,以N-异丙基丙烯酰胺(NIPAM)和丙烯酸羟乙酯(HEA)为共聚单体,通过自由基聚合制备出含有羟基(-OH)侧基的共聚物P(NIPAM-co-HEA),然后与含有Se-Se键的异氰酸酯基封端的交联剂IPDI-SeSe-IPDI进行反应,从而制备出具有温度和氧化双重响应特性的PNIPAM水凝胶。通过1HNMR、FT-IR和GPC表征了聚合物的组成及结构,同时研究了PNIPAM凝胶的溶胀行为和溶胀动力学,并考察了凝胶的温度/氧化响应行为。此外,以水杨酸(SA)作为模型药物,研究了该凝胶的体外药物释放行为。结果表明,该PNIPAM水凝胶不仅能够实现温度响应下的可逆溶胀-收缩转变,而且能够在氧化刺激下完成从凝胶到溶液的不可逆降解转变,具有温度和氧化双重响应特性。体外释药实验表明,该凝胶能够实现温度响应下的慢速持续释放和氧化响应下的快速突释,具有复合释药特性。 2、氧化响应降解型可注射超分子凝胶的合成及其药物控释性能研究 首先以聚乙二醇(PEG)为软段,异氟尔酮二异氰酸酯(IPDI)为硬段,同时引入二羟甲基丙酸(DMPA)和二羟乙基双硒化物(DiSe)单元,合成出以羧基和双硒键分别作为pH和氧化响应基团的聚醚型聚氨酯PEU,该聚合物能够在水溶液中自组装成胶束型纳米颗粒(micellar nanoparticles)并包载入疏水性药物吲哚美辛IND。然后在此基础上,通过加入环糊精制备出超分子水凝胶并原位包载入亲水性药物罗丹明B,从而获得了一种可同时包载亲疏水两种药物的具有pH和氧化双重响应特性的超分子水凝胶。通过FT-IR和XRD表征了凝胶的组成及结构,采用光学显微镜表征了凝胶的多孔性交联网络内部形貌特征。对该水凝胶的流变学性能研究发现,该凝胶具有较好的机械强度,且表现出剪切变稀行为,具有可注射特性。环境响应行为研究表明,该凝胶具有pH响应下的可逆凝胶-溶胶转变以及氧化响应下的不可逆凝胶-溶液变化特性。此外,该凝胶能够同时包载亲、疏水两种类型的药物,并可实现pH刺激下的长期持续释放和氧化响应下的快速完全释放,具有双重速度响应释药特性。 3、pH/氧化双重响应型聚氨酯纳米凝胶的合成及其药物控释行为研究 通过缩聚反应合成了以双溴新戊二醇(BMP)、N-甲基二乙醇胺(MDEA)以及IPDI为疏水硬段(PUBM),甲氧基聚乙二醇(MPEG)作为亲水软段封端的两亲性嵌段聚氨酯MPEG-PUBM-MPEG。该聚合物能够在溶液中自组装成胶束,随后加入Na2Se2对胶束内核进行交联从而形成Se-Se键交联的聚合物纳米凝胶。AFM和DLS研究结果表明,交联后形成了以PUBM为交联内核、PEG为壳层的核壳型球状纳米颗粒结构,粒径为110-120 nm,且交联后纳米凝胶的胶体稳定性明显提高。此外,该纳米凝胶具有pH和氧化双重响应特性,既能够在pH响应下发生溶胀行为又具有氧化响应下的降解特性。另外,该纳米凝胶具有较高的载药能力(18.5%)和载药效率(76.3%),能够有效包载疏水性药物IND,包封性好。在pH和氧化刺激下表现出双重响应释药性能:pH响应下纳米凝胶能够以溶胀形式进行缓速释药(54% in24 h),而氧化响应下能够使纳米凝胶网络发生降解而实现药物的快速完全释放(95% in20 h),并可通过外界刺激强度变化来调整释药速率。 4、双重响应降解型纳米凝胶的合成及药物控释行为研究 为进一步提升纳米凝胶的降解性能,在上一章基础上,通过缩醛化反应在两亲性嵌段聚氨酯的亲水PEG段和疏水PU段之间引入对pH敏感的缩醛键,进而制备出Se-Se键交联的壳层可脱落型纳米凝胶。DLS和AFM测试结果表明,纳米凝胶呈核壳结构特征,平均粒径约为188 nm。该纳米凝胶具有pH和氧化双重响应降解特性:不仅能够在pH刺激下因壳层脱落而进行降解,而且在氧化刺激下也能通过内核交联点断裂而导致另一降解行为,当两种刺激共同作用时,能够获得更高的降解速率。此外,载有药物IND的纳米凝胶能够在酸性pH或氧化刺激下实现药物的控制释放,30小时内的累积释药率分别为68%和82%,且当两种刺激共同作用时表现出协同效应,能够加速药物的释放(98% in12 h)。