功能化碳纳米管及超支化聚合物的制备和在医药上的应用

论文摘要

经过表面修饰的功能化碳纳米管因为其特殊的理化性质,纳米粒子的直径以及可在其表面共价键合修饰药物分子,靶向性多肽,生物因子,蛋白质并成为治疗载体,使功能化碳纳米管成为在生物医学领域关注的焦点。超支化聚合物是树形分子的另一个分支它一步合成的简单方法,合成单体的经济易得,适合大规模工业生产独特的结构和性能,具有传统线性聚合物所没有的低粘度,高流变性,良好的溶解性及大量末端官能团等一系列独特的物理化学特性,使其在镀膜,药物基因治疗载体,纳米科技,表面改性,白组装超分子体系等方面开展了大量的研究和应用。本文第一步实验用较新颖的方法即用本实验室合成的2-叠氮化醇对多壁碳纳米管进行羟基化功能化改性,在此基础上通过原位嫁接的阴离子开环聚合的方法在其表面接枝超支化聚合甘油（HPG）以改善其分散性和增加了大量的反应位点达到“多功能插座”的目的,进一步以化学键合的方法连接二乙烯三胺五乙酸（DTPA）和钆（Gd）,同时利用多壁纳米管的较大的表面积通过非共价键吸附的作用吸附透明质酸（HA）这种亲淋巴性的生物大分子可以达到靶向淋巴组织的目的。通过一系列的结构分析手段（TEM,TGA,SEM,核磁共振氢谱）等对反应产物进行定量和定性的分析。实验结果表明,合成好的HA吸附MWNT-DTPA-Gd用作MRI磁共振淋巴造影对比剂,对淋巴水肿模型的检查更能准确定位淋巴管阻塞部位,清楚反映淋巴管的形态及阻塞程度,造影剂在阻塞部位信号强度随时间逐渐增强而消失缓慢,健侧则显影后很快消失。并以此对淋巴管和淋巴结的功能进行定量判断。由此可见,HA吸附的MWNT-DTPA-Gd作为磁共振淋巴造影剂不仅可以获得清晰的淋巴形态,在量化评价淋巴管功能方面更具有优势。有望用于淋巴系统疾病的影像评估。本文的第二步的工作在于用丙烯酸甲酯（MA）和二乙烯三胺（DETA）两种单体通过一步法合成两个分子量的超支化聚酰胺一胺（HPAMAM 0代,HPAMAM 2代）,同时进一步用苯丙氨酸部分修饰HPAMAM 0代的端基,通过核磁共振氢谱积分分析,24%的苯丙氨酸接枝到HHPAMAM 0代上,接枝率为60%.制备成HPAMAM-PHE.我们用三种超支化聚合物与质粒DNA形成各种质量比复合物。从凝胶电泳图显示这三种超支化聚合物都可以与质粒DNA形成稳定的复合物避免DNA酶的降解。并同时考察其粒径和Zeta电势的情况。在PEI作为阳性对照的情况下,我们在SMCC-7721细胞系中评价了超支化聚合物的毒性和转染效率。结果表明HPAMAM并没有展现出良好的转染效率,但经过苯丙氨酸表面修饰后的超支化HPAMAM显示了很高的转染效率和较低的毒性。由此可见,HPAMAM-PHE有希望成为可以大规模工业生产经济安全的高效基因转染载体,但其苯丙氨酸的接枝率的控制还有待改进。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 前言
• 1.碳纳米管
• 1.1 碳纳米管的功能化改性
• 1.1.1 氧化反应
• 1.1.2 酰氨化反应
• 1.1.3 环加成反应
• 1.2 碳纳米管在生物医学上的医用
• 1.2.1 碳纳米管作为生物活性物质载体的应用
• 1.2.2 碳纳米管作为细胞示踪和标记影像的应用
• 1.3 CNT生物相容性和毒性评价
• 2 分子造影术
• 2.1 造影技术
• 2.2 磁共振成像技术（MRI）
• 2.3 磁共振信号的背景和原理
• 2.4 磁共振造影剂
• 2.4.1 钆螯合物对比剂
• 2.4.2 超顺磁性铁对比剂
• 2.4.3 含锰和镝对比剂
• 2.5 淋巴结造影技术
• 2.5.1 淋巴结的解剖学和生理学
• 2.5.2 用于淋巴造影的对比剂
• 3 超支化聚合物
• 3.1 超支化聚合物的合成
• 3.2 超支化聚合物在生物医药上的应用
• 3.2.1 超支化聚合物作为药物载体的应用
• 3.2.2 在基因治疗中的应用
• 4 本论文的主要内容
• 第二章 合成并评价透明质酸HA吸附超支化聚合物修饰功能化碳纳米管MWNT-DTPA-Gd作为淋巴MRI造影对比剂的应用
• 1 引言
• 2 材料和方法
• 2.1 材料
• 2.2 仪器
• 2.3 实验方法
• 2.3.1 大规模合成2-叠氮醇（112）
• 2.3.2 制备MWNT-OH
• 2.3.3 多壁碳纳米管接枝超支多聚甘油
• 2.3.4 结构表征
• 2.3.5 合成MWNT-DTPA-Gd
• 2.3.6 HA非共价键吸附MWNT-DTPA-Gd
• 2.3.7 实验分组
• 2.3.8 肢体淋巴水肿模型制作
• 2.3.9 MRI磁共振淋巴造影
• 2.3.10 淋巴核素显像
• 3 结果
• 3.1 合成MWNT-OH
• 3.2 多壁碳纳米管接枝超支多聚甘油
• 3.3 合成功能化MWNT-DTPA-Gd
• 3.4 成功构建兔后肢淋巴水肿模型
• 3.5 淋巴核素显像
• 3.6 MRI淋巴水肿成像
• 3.7 淋巴回流量化判断
• 4 讨论与分析
• 第三章 苯丙氨酸修饰超支化聚酰胺-胺（HPAMAM）作为基因治疗载体的应用
• 1 引言
• 2 试验材料与方法
• 2.1 材料与仪器
• 2.1.1 材料
• 2.1.2 仪器
• 2.2 实验方法
• 2.2.1 超支化PAMAM的合成（不同分子量的HPAMAM）
• 2.2.2 合成苯并氨酸修HPAMAM
• 2.2.3 制备聚合物与DNA的复合物
• 2.2.4 凝胶电泳实验
• 2.2.5 测量聚合物/DNA复合物的粒径和ZETA电位
• 2.2.6 DNA保护和释放实验
• 2.2.7 细胞培养
• 2.2.8 细胞转染实验-荧光素酶活力检测
• 2.2.9 细胞毒性研究
• 3 结果
• 3.1 合成超支化HPAMAM和苯丙氨酸修饰的HPAMAM
• 3.2 凝胶电泳实验
• 3.3 粒径和ZETA电位的测定
• 3.4 超支化聚合物/DNA复合物的细胞毒性评价
• 3.5 超支化聚合物/DNA细胞转染实验
• 4.讨论与分析
• 第四章 总结与展望
• 1 本文的结论
• 2 创新点
• 3 展望
• 参考文献
• 致谢