脂肪族聚脂及其两亲性嵌段共聚物合成、表征及应用

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化学合成类可降解脂肪族聚酯及其两亲性嵌段共聚物由于具有低毒性、良好的生物相容性和细胞渗透性、可生物降解性以及降解产物无毒等优点,目前已广泛应用于药物控制释放体系以及组织工程等领域。目前用于合成脂肪族聚酯的催化体系往往存在催化活性低、毒性较大、聚合速率慢、单体转化率较低、得到的聚合物分子量低等各种问题。因此寻找高效、廉价易得、能够使得聚合工艺简单,方便可控、无毒的催化体系已成为一个非常重要的课题。  近年来,生物可降解脂肪族聚酯及其两亲性嵌段共聚物可通过各种技术,比如溶剂蒸发法制备各种形态的纳米级或微米级药物控释载体,该类药物载体具有很多优势,一方面可以延长药物在体内的循环时间,使药物在足够长的时间内保持其药效,另一方面载药颗粒在体内的这种长效循环,有助于提高药物与病变部位之间的相互作用,从而实现载体的靶向性。同时,作为药物载体,其形态对体内药物控释起着极其重要的作用,越来越多的研究表明,药物在体内不同病变组织及部位的释放行为不仅依赖于载体的尺寸、稳定性,而且还依赖于它们的形态。基于上述分析,本论文主要从以下几个方面展开研究:  (1)生物可降解星形聚己内酯及聚丙交酯-聚己内酯嵌段共聚物的合成  采用廉价易得的钛酸四丁酯和钛酸异丙酯分别作为引发剂,引发己内酯开环聚合。研究发现,在低温(10-40℃)和常压条件下,两种引发剂都能快速引发己内酯开环聚合,得到四臂星形聚己内酯。动力学研究表明,钛酸四丁酯和钛酸异丙酯都具有很高的活性,能高效,快速地引发己内酯开环聚合,聚合反应具有“活性”可控的特点。同时该种星形的聚己内酯可作为大分子引发剂,再次引发己内酯和丙交酯单体进行扩链和嵌段共聚反应。钛酸酯引发己内酯开环聚合符合“配位-插入”的机理。通过比较两种催化剂聚合速率常数,表明在相同聚合反应时间下,钛酸异丙酯引发的己内酯开环聚合反应速率要快于钛酸四丁酯。  同时,进一步研究表明,在聚合反应及后处理过程中,连接在聚合物链上的钛氧键具有相对较高的稳定性,在聚合反应结束后,所得聚合物粗产物在去离子水或醇沉淀剂中时仍然保持其星形结构,在酸性沉淀剂中钛氧键容易断裂,星形聚合物发生水解,得到线性聚己内酯。通过凝胶渗透色谱(GPC)、核磁共振光谱(NMR)、差示热量扫描仪(DSC)、ZeTa粒度分析仪对星形聚己内酯和聚丙交酯+聚己内酯进行了表征。  (2)星形聚己内酯-聚环氧丙烷嵌段共聚物的合成  以钛酸异丙酯作为引发剂,首先在室温引发环氧丙烷开环聚合,再以得到的星形聚环氧丙烷作为大分子引发剂,在40℃下,引发己内酯开环聚合得到星形聚己内酯-聚环氧丙烷嵌段共聚物。实验结果表明,使用钛酸异丙酯作为引发剂引发环氧丙烷室温开环聚合得到的星形聚环氧丙烷分子量很低且稳定性较差,只能得到一些低聚物。星形聚环氧丙烷可作为大分子引发剂引发己内酯开环聚合,动力学研究表明,星形聚环氧丙烷仍具有较高的活性,可实现星形嵌段共聚物聚己内酯.聚环氧丙烷的可控合成。  (3)聚己内酯-聚乙二醇醚(PCL-PEO-PCL)两亲性三嵌段共聚物合成及自组装研究  以双端带羟基的聚乙二醇作为引发剂,在异辛酸亚锡催化下成功合成了一系列不同组分的两亲性PCL-PEO-PCL三嵌段共聚物。采用改进的O/W溶剂抽提法,研究了两亲性嵌段共聚物在THF/H2O和THF/含有一定浓度碱金属离子的水溶液中的自组装行为,深入研究了在溶液中和固态凝聚相两种状态下嵌段共聚物自组装所得胶束聚集体形态的变化。发现在溶液中两亲性嵌段共聚物PCL-PEO-PCL都能自组装成尺寸均一的球形纳米颗粒。然而,在水相溶剂蒸发过程,随着碱金属离子浓度的增大,球形纳米颗粒聚集为多层次有序结构的胶束聚集体,其形态包括“剑麻”状胶束聚集体,“星形”胶束聚集体。有序结构的胶束聚集体形态依赖于不同碱金属离子的加入,而其尺寸则与碱金属离子的浓度有关。  深入研究发现,有序结构的胶束聚集体的形成主要是在水相溶剂蒸发的过程中,由于嵌段共聚物中亲水PEO链与碱金属离子的强烈的配位导致体系自由能的降低,使得溶液中大量的球形纳米颗粒不断移动并发生碰撞,这些发生碰撞的球形纳米颗粒很可能融合在一起,最终导致多层有序结构胶束聚集体的形成。  (4)聚丙交酯乙交酯-聚乙二醇醚(PLGA-PEO-PLGA)载药多孔微球的制备及其体外超声药物释放行为  以双端带羟基的聚乙二醇作为引发剂,在异辛酸亚锡催化下成功合成了一系列不同组分的两亲性PLGA-PEO-PLGA三嵌段共聚物。采用改进的W/OW型双乳液-溶剂蒸发法,在无任何制孔剂存在的条件下,成功制备了伊文思蓝负载的PLGA-PEO-PLGA嵌段共聚物多孔微球。考察了在自发和超声作用下多孔微球的药物释放行为,发现在超声作用下,多孔微球药物释放要明显快于在自发条件下的药物释放,而嵌段共聚物组分对微球形貌、尺寸、表面孔径、药物包封效率有着显著的影响,同时,药物暴释现象可以有效的加以控制。PLGA-PEO-PLGA嵌段共聚物多孔微球可作为新型的声控“被动靶向”的靶向药物制剂,它既能在超声辐照下下显影,又能在超声作用下释放药物。最后对多孔微球形成机理进行了讨论。
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