生物相容性梳状共聚物的溶液自组装及表面修饰的研究

论文摘要

本文以聚氧乙烯非线形聚合物的溶液自组装和表面性质的研究为中心，研究了聚氧乙烯-嵌段-聚甲基丙烯酸十八酯（PEG-b-PSMA）和梳状聚氧乙烯（CPEG）在选择性溶剂水中的溶液中的自组装行为，并探索了梳状聚氧乙烯在材料生物相容性表面设计中的应用。首先利用原子转移自由基聚合（ATRP）的方法合成了侧链疏水的梳状聚合物PEG-b-PSMA。DSC和XRD显示PEG-b-PSMA侧链结晶且为αH的空间结构。通过透析的方法制备了PEG-b-PSMA的水相超分子自组装体。由荧光光谱确定了PEG-b-PSMA在水中的临界聚集浓度为3.03×10-4g/L。TEM显示PEG-b-PSMA在水中能形成中空的囊泡聚集体，SEM和激光粒径分析的结果表明自组装体中以囊泡为主，且囊泡尺寸分布窄。DSC的结果证实PEG-b-PSMA在水中形成囊泡的膜具有显著的十八烷基结晶峰。侧链结晶性使得PEG-b-PSMA在较低的浓度下发生聚集，形成热力学更为稳定、尺寸均一的囊泡。采用ATRP由聚氧乙烯大单体合成了侧链亲水的端羟基梳状聚氧乙烯。将端羟基梳状聚氧乙烯直接溶于水制备了梳状聚氧乙烯的超分子自组装体。1H-NMR和荧光光谱的结果证实当浓度高于5.76×10-3g/L梳状聚氧乙烯在水中开始聚集形成胶束。当浓度低于1.13×10-2g/L时TEM的结果显示溶液中只存在胶束。而当浓度高于1.13×10-2g/L时，TEM，SEM和AFM证实梳状聚氧乙烯在水中自发形成以中空的囊泡为主的聚集体。高亲水的梳状聚氧乙烯形成囊泡与非对称的梳状结构和高密度的侧链密切相关。利用梳状聚氧乙烯侧链的端羟基合成了胆固醇衍生物CPEG-g-cholesterol。荧光光谱显示CPEG-g-cholesterol在水中自发聚集，临界胶束浓度为2.07×10-3g/L，低于梳状聚氧乙烯的临界胶束浓度。TEM和SEM的结果证实CPEG-g-cholesterol在水中亦能形成中空的囊泡，但是在TEM下疏水基胆固醇的末端修饰使囊泡形成与梳状聚氧乙烯的囊泡明显不同的褶皱形貌，而且囊泡膜厚增加。CPEG-g-cholesterol中接枝了疏水且刚性基团胆固醇并没有影响囊泡的形成，这证实了梳状聚合物的高密度侧链结构对囊泡形成的重要性。利用二乙烯基砜对聚集体中梳状聚氧乙烯侧链末端的羟基进行交联，XPS和激光粒径分析仪证实了交联的发生。TEM显示未破坏聚集体的形貌，交联只发生在聚集体的内部。交联后自组装体的平均尺寸变小，分散度降低。当疏水的阿霉素加入到梳状聚氧乙烯的溶液中时，TEM图中未发现囊泡聚集体。而当交联之后，TEM图中观察到囊泡聚集体，且阿霉素在囊泡壁上富集。这一方面证实交联提高了囊泡的稳定性，另一方面再次证实了梳状聚氧乙烯在水中形成了中空的囊泡聚集体，以及表明疏水介质的加入影响聚集体的形貌。梳状聚氧乙烯有着高密度的聚氧乙烯侧链和端羟基，比线形聚氧乙烯具有更高的空间排斥特性，可以接枝更高密度的末端功能分子，因此能够构建比线形聚氧乙烯修饰表面性能更优的生物相容性表面。梳状聚氧乙烯侧链的端羟基转化为醛基修饰PEI胺解的PET膜，残余的醛基用于赖氨酸功能化。XPS证实PET-CPEG-lysine表面且比PET-LPEG10K-lysine表面有高的聚氧乙烯和L-lysine含量。体外血小板黏附实验表明梳状聚氧乙烯表面比线形聚氧乙烯表面更能阻抗血小板的黏附，有更好的血液相容性。细胞培养结果显示梳状聚氧乙烯表面比线形聚氧乙烯表面更能排斥细胞黏附，有更低的细胞增殖率，细胞活性和铺展，而PET-CPEG-g-lysine表面则比PET-LPEG-g-lysine表面更能促进细胞黏附、增殖和铺展，细胞活性更高。梳状聚氧乙烯涂层于聚酯膜表面经干燥形成凝胶涂层，表面接触角，重量分析和表面形貌证实梳状聚氧乙烯凝胶涂层比线形聚氧乙烯涂层有更好的稳定性。梳状聚氧乙烯凝胶涂层的FT-IR表明涂层内部形成分子链内的氢键。梳状聚氧乙烯凝胶涂层表面比未修饰聚酯表面更能阻抗血小板黏附，因此具有良好的血液相容性。同时，梳状聚氧乙烯凝胶涂层能够装载、缓释水溶性模型药物罗丹明6G。细胞培养结果显示，CPEG凝胶涂层表面有较低的细胞黏附率，增殖率和铺展，而CPEG-g-lysine表面能够显著促进细胞黏附、增殖和铺展。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 生物材料
• 1.2 生物相容性
• 1.3 聚氧乙烯的生物相容性
• 1.4 聚氧乙烯双亲共聚物在选择性溶剂中的自组装
• 1.4.1 双亲共聚物在选择性溶剂中形成胶束
• 1.4.2 双亲共聚物在选择性溶剂中形成囊泡
• 1.4.3 聚氧乙烯双亲共聚物自组装的研究
• 1.5 含聚氧乙烯双亲共聚物的应用
• 1.6 聚氧乙烯与仿细胞糖质衣结构表面的构建
• 1.7 仿细胞外糖质衣结构的构建
• 1.7.1 物理吸附或涂层
• 1.7.2 表面化学修饰
• 1.8 原子转移自由基聚合的介绍
• 1.8.1 原子转移自由基聚合的动力学
• 1.8.2 原子转移自由基聚合的应用
• 1.9 课题的提出
• 第2章 梳状聚甲基丙烯酸十八酯嵌段共聚物的合成及其溶液自组装研究
• 2.1 实验部分
• 2.1.1 原料与试剂
• 2.1.2 甲基丙烯酸十八酯的原子转移自由基聚合
• 2.1.3 测试样品的制备与表征
• 2.2 结果与讨论
• 2.2.1 梳状聚甲基丙烯酸十八酯嵌段聚合物的合成
• 2.2.2 甲基丙烯酸十八酯的聚合动力学
• 2.2.3 聚甲基丙烯酸十八酯嵌段聚合物结晶性质的表征
• 2.2.4 PEG-b-PSMA溶液自组装的研究
• 2.3 本章小结
• 第3章 原子转移自由基聚合合成梳状聚氧乙烯
• 3.1 实验部分
• 3.1.1 原料与试剂
• 3.1.2 聚氧乙烯大引发剂的合成
• 3.1.3 聚氧乙烯大单体的聚合
• 3.1.4 胆固醇酰氯接枝梳状聚氧乙烯
• 3.2 表征
• 3.3 结果与讨论
• 3.3.1 聚氧乙烯大引发剂的合成
• 3.3.2 梳状聚氧乙烯的表征
• 3.3.3 聚氧乙烯大单体的聚合动力学研究
• 3.3.4 胆固醇衍生梳状聚氧乙烯的表征
• 3.4 本章小结
• 第4章 梳状聚氧乙烯及胆固醇衍生物溶液的自组装
• 4.1 实验部分
• 4.1.1 原料与试剂
• 4.1.2 梳状聚氧乙烯及其胆固醇衍生物溶液的制备
• 4.1.3 梳状聚氧乙烯胶体的交联
• 4.1.4 梳状聚氧乙烯胶体装载疏水阿霉素
• 4.2 样品的制备与表征
• 4.3 结果与讨论
• 4.3.1 梳状聚氧乙烯的溶液自组装
• 4.3.2 梳状聚氧乙烯胆固醇衍生物的溶液自组装
• 4.3.3 梳状聚氧乙烯聚集体的交联
• 4.3.4 梳状聚氧乙烯聚集体与疏水阿霉素的相互作用
• 4.4 梳状聚合物研究体系的比较与总结
• 4.4.1 梳状聚合物分子结构的比较
• 4.4.2 临界聚集浓度的比较
• 4.4.3 囊泡性质的比较
• 4.4.4 囊泡的形成与结构之间的关系
• 4.5 趋势与展望
• 4.6 本章小结
• 第5章 梳状聚氧乙烯接枝修饰聚酯表面的生物相容性
• 5.1 实验部分
• 5.1.1 原料与试剂
• 5.1.2 PET的表面氨解
• 5.1.3 羟基转化为醛基
• 5.1.4 聚酯膜的修饰以及赖氨酸功能化
• 5.1.5 修饰聚酯膜的生物相容性评价
• 5.2 样品的制备与表征
• 5.3 结果与讨论
• 5.3.1 醛基化梳状聚氧乙烯的表征
• 5.3.2 聚酯膜的功能化
• 5.3.3 修饰聚酯膜的生物相容性的表征
• 5.4 本章小结
• 第6章 梳状聚氧乙烯凝胶涂层修饰聚酯的生物相容性
• 6.1 实验部分
• 6.1.1 原料与试剂
• 6.1.2 CPEG-lysine的合成及接枝率的确定
• 6.1.3 梳状聚合物涂层的制备
• 6.1.4 凝胶涂层稳定及吸水率的测定
• 6.1.5 修饰聚酯膜的生物相容性评价
• 6.1.6 模型药物罗丹明6G涂层的制备
• 6.2 样品的制备与表征
• 6.3 结果与讨论
• 6.3.1 梳状聚氧乙烯接枝赖氨酸
• 6.3.2 梳状聚氧乙烯凝胶涂层的研究
• 6.3.3 梳状聚氧乙烯凝胶涂层的表征
• 6.3.4 赖氨酸功能化的凝胶涂层
• 6.4 本章小结
• 全文结论与创新
• 主要研究成果
• 研究特色与创新
• 参考文献
• 作者简介
• 致谢