环境响应性介孔二氧化硅复合微球的制备及载药研究

论文摘要

1992年,美国前Mobil公司合成了MCM-41型介孔二氧化硅分子筛。自此,介孔二氧化硅材料以其规则的孔道结构、较大的比表面积和孔体积、表面富足的硅羟基以利于进一步的功能化修饰等优点受到许多研究小组的广泛关注。特别是Vallet-Regi等人首创性地将介孔二氧化硅用作药物载体的研究之后,介孔二氧化硅在生物医药尤其是药物输送方面的研究也逐渐受到人们的重视。作为药物载体,诸多研究主要集中于介孔二氧化硅作为药物载体方面的研究,关于药物可控释放的研究较少。含介孔结构的环境响应型有机/无机复合微球能较好的实现不同环境下药物的可控释放过程。在含介孔结构的复合微球中,介孔孔道可作为药物的仓库存储药物,而外层的环境响应型有机材料能像“门”一样在通常状况下处于“关闭”状态阻止药物分子的释放,在pH、热、还原环境、光等外界刺激下可“打开”“门”从而释放介孔中的药物。在此研究背景下,本文围绕着MCM-41型介孔二氧化硅的多重环境响应复合微球展开,分别制备了磁/pH双重响应介孔二氧化硅复合微球、磁/热双重响应介孔二氧化硅复合微球和含二硫键的环境响应微球,将制备的复合微球用于负载典型药物阿霉素盐酸盐（DOX）,并研究了不同环境下复合微球对DOX释放行为,探讨了药物的控释效果。具体来说,主要包括以下三个方面的内容：（1）通过蒸馏沉淀聚合制备了一种具有核/壳结构的磁/pH双重响应介孔二氧化硅复合微球,这种复合微球为经典的夹层结构,即：以超顺磁性Fe304纳米晶为内核,以介孔二氧化硅为中间层,外层包覆着交联聚甲基丙烯酸（PMAA）壳层。通过对聚合物壳层交联度分别为5%、10%和15%的复合微球研究发现,三者的pKa分别为5.3、6.4和8.9,表明该复合微球具有pH响应性且复合微球的pKa随聚合物壳层的交联度增加而升高。该复合微球在两种DOX和复合微球质量比（R）的情况下都对DOX表现出较高的载药率和包封率,其中交联度为10%的复合微球在R=1时的载药率和包封率分别为49.0%和95.9%。对DOX的释放研究结果显示,交联度为10%的复合微球（pKa=6.4）在pH=5.5环境中的24h总释药率是pH=7.4环境中的24h总释药率的2.5倍。这一结果证明该复合微球能在pKa以下的pH环境中较快地将药物分子释放,而在pKa以上的pH环境中释放药物分子的速率较慢,显示了较好的pH响应性。（2）合成了具有核/壳结构的磁/热双重响应介孔二氧化硅复合微球,其中外层的聚合物壳层为N-异丙基丙烯酰胺（NIPAM）与亲水性单体N-羟甲基丙烯酰胺（NHMA）的共聚物,从而可调节复合微球的临界体积相转变温度（VPTT）。该复合微球对DOX的负载量较高,在DOX和复合微球的质量比为1的情况下,NHMA占NIPAM和NHMA总质量10%的复合微球对DOX的载药率和包封率分别为44.6%和80.7%。通过DOX的释放研究证实,NHMA占NIPAM和NHMA总质量10%的复合微球（VPTT为38.0℃）在40oC环境中的24h总释药率是在35。C环境中的24h总释药率的1.8倍,即复合微球在VPTT以上释药速率较快,而在VPTT以下显示出较慢的释药速率,具有良好的温度响应性。（3）首先采用含有二硫键的分子BAC通过Michael加成对已进行APS修饰的磁性介孔二氧化硅纳米粒子进行了二硫键的表面修饰。之后,我们将BAC作为交联剂合成了热/还原双重响应聚合物微球和具有核/壳结构的磁/热/还原三重响应介孔二氧化硅复合微球。该聚合物微球和复合微球对DOX的负载量都较高,在DOX和微球质量比为1的情况下,聚合物微球的载药率和包封率分别为43.0%和75.5%,复合微球的载药率和包封率分别为45.0%和81.7%。通过对DOX的释药研究发现,在VPTT以上温度且含100mM谷胱甘肽（GSH）的还原环境中聚合物微球和复合微球24h的总释药率分别是在VPTT以下温度且无GSH环境中24h总释药率的3.3倍和5.4倍,显示了聚合物微球和复合微球较好的热和还原环境响应性。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 介孔二氧化硅的合成、特征及应用
• 1.1.1 介孔二氧化硅的合成机理
• 1.1.2 介孔二氧化硅的结构特征
• 1.1.3 介孔二氧化硅的应用
• 1.2 介孔二氧化硅载药体系的研究进展
• 1.2.1 孔道尺寸的影响
• 1.2.2 比表面积的影响
• 1.2.3 孔容的影响
• 1.2.4 孔道及表面功能化的影响
• 1.3 环境响应性介孔二氧化硅药物输送系统
• 1.3.1 温度敏感的复合药物输送体系
• 1.3.2 pH敏感的复合药物输送体系
• 1.3.3 超声敏感的复合药物输送体系
• 1.3.4 氧化还原敏感的药物输送体系
• 1.3.5 光敏感的药物输送体系
• 1.4 介孔二氧化硅的生物相容性
• 1.4.1 与细胞的相互作用及细胞毒性
• 1.4.2 血液相容性
• 1.4.3 组织相容性
• 1.4.4 生物降解性
• 1.4.5 生物代谢
• 1.5 本文的研究思路
• 1.6 参考文献
• 第二章 磁/pH双重响应介孔二氧化硅复合徽球的制备及载药研究
• 2.1 引言
• 2.2 实验部分
• 2.2.1 原料
• 3O₄纳米晶的制备'>2.2.2 油酸稳定的Fe₃O₄纳米晶的制备
• 2.2.3 溶胶-凝胶法制备磁性介孔二氧化硅纳米粒子
• 2.2.4 磁/pH双重响应的介孔二氧化硅复合微球（M-MSN/PMAA）的制备
• 2.2.5 磁/pH双重响应复合徽球的载药实验
• 2.2.6 复合微球的释药实验
• 2.2.7 样品的测试与表征
• 2.3 结果与讨论
• 2.3.1 磁/pH双重响应介孔二氧化硅复合微球的制备
• 2.3.2 磁/pH双重响应复合微球的磁性能和孔性质
• 2.3.3 复合徽球的pH响应性
• 2.3.4 磁/pH双重响应复合徽球的载药和释药研究
• 2.4 本章总结
• 2.5 参考文献
• 第三章 磁/热双重响应介孔二氧化硅复合微球的制备及载药研究
• 3.1 引言
• 3.2 实验部分
• 3.2.1 原料
• 3.2.2 溶胶-凝胶法制备磁性介孔二氧化桂纳米粒子
• -NHMA））的制备'>3.2.3 磁/热双重晌应介孔二氧化硅复合微球（M-MSN/P（NIPAM-c<>-NHMA））的制备
• 3.2.4 复合微球M-MSN/P（NIPAM-co-NHMA）的载药实验
• 3.2.5 复合微球M-MSN/P（NIPAM-co-NHMA）的释药实验
• 3.2.6 样品的测试与表征
• 3.3 结果与讨论
• 3.3.1 复合微球M-MSN/P（NIPAM-co-NHMA）的制备
• 3.3.2 复合微球M-MSN/P（NIPAM-co-NHMA）的磁性能和孔性质
• 3.3.3 复合微球M-MSN/P（NIPAM-co-NHMA）的温度响应性
• 3.3.4 磁/热双重响应介孔二氧化硅复合微球的pH稳定性
• 3.3.5 磁/热双重响应介孔二氧化硅复合微球对DOX的负载及释放
• 3.4 本章小结
• 3.5 参考文献
• 第四章 含二硫键的环境响应微球的制备及载药研究
• 4.1 引言
• 4.2 实验部分
• 4.2.1 原料
• 4.2.2 溶胶-凝胶法制备磁性介孔二氧化硅纳米粒子
• 4.2.3 二硫键修饰的磁性介孔二氧化硅纳米粒子（M-MSN-BAC）的制备
• 4.2.4 热/还原双重响应聚合物微球（P（NIPAM-co-NHMA）-BAC）的制备
• 4.2.5 磁/热/还原三重响应介孔二氧化硅复合微球（M-MSN/P（NIPAM-co-NHMA）-BAC）的制备
• 4.2.6 P（NIPAM-co-NHMA）-BAC和M-MSN/P（NIPAM-co-NHMA）-BAC的还原环境响应性研究
• 4.2.7 P（NIPAM-co-NHMA）-BAC和M-MSN/P（NIPAM-co-NHMA）-BAC的载药研究
• 4.2.8 P（NIPAM-co-NHMA）-BAC和M-MSN/P（NIPAM-co-NHMA）-BAC的释药研究
• 4.2.9 样品的测试与表征
• 4.3 结果与讨论
• 4.3.1 表面修饰二硫键的磁性介孔二氧化硅纳米粒子
• 4.3.2 含二硫键的纯聚合物微球的制备
• 4.3.3 含二硫键的介孔二氧化硅复合微球的制备
• 4.3.4 含二硫键多重响应微球的还原响应性
• 4.3.5 含二硫键多重响应微球的载药和体外释药研究
• 4.4 本章总结
• 4.5 参考文献
• 全文总结
• 文章及专利
• 致谢