聚酯基高分子的合成、表征及用作药物载体的研究

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聚酯基高分子是一类重要的合成高分子,因其良好的生物相容性和生物降解性,在药物控制释放领域有着巨大的应用价值。本论文通过多种环状单体(ε-己内酯、三亚甲基碳酸酯、L-丙交酯、对二氧环己酮)的开环均聚和共聚,设计并制备了一系列聚酯基高分子,对其结构、组成、分子量及其分布、溶解性、热性能、结晶性、降解性能等进行了表征,并尝试将其进一步应用于药物控释载体。首先以固定化脂肪酶Novozym 435为催化剂,研究了不同聚酯基高分子的酶催化合成,结果表明:Novozym 435对ε-己内酯(ε-CL)有着很高的催化效率,可以制得巯基化度高达99%的末端巯基化的聚己内酯(HS-PCL),即采用酶催化合成法,可以实现高效简便的聚酯末端官能化;酶催化合成法制得的聚己内酯(PCL)和聚三亚甲基碳酸酯(PTMC)分子量可以达到12万;以单甲氧基聚乙二醇(mPEG)为引发剂,分别引发ε-CL和TMC开环聚合可以制得mPEG-PCL和mPEG-PTMC,共聚物的组成和分子量可通过改变引发剂/单体投料比进行有效调节,共聚物在水中均能自组装形成纳米尺寸的胶束;利用Novozym 435既可催化ε-CL开环聚合又可催化酯化反应的特性,可以制得叶酸-聚乙二醇-聚己内酯(FA-PEG-PCL),共聚物结构通过1H-NMR和GPC等手段证实。以辛酸亚锡作催化剂,用溶液聚合的方法,催化多种环状单体聚合制备了一系列高分子量的无规共聚物如聚(三亚甲基碳酸酯-ran-己内酯)(PTC)、聚(L-丙交酯-ran-己内酯)(PLC)、聚(对二氧环己酮-ran-己内酯)(PDC)及相应的均聚物。1H-NMR、13C-NMR、ATR-FTIR和GPC结果表明合成产物具有预期结构,共聚物组成与投料比接近,产物分子量在514万之间,且都是单峰分布。DSC和XRD测试结果表明共聚物是无定形的,可以通过改变共聚物组成来调节共聚物的结晶性。采用熔融挤出法或溶剂浇铸法制备了圆柱状或长方体状的PTC、PLC和PDC无规共聚物降解样品,通过考察材料在降解过程中的吸水率、重量、化学组成及分子量的变化,研究了制得聚酯基高分子37°C下在不同pH值(1.0、7.4、9.0)水溶液中和pH 7.4的猪胰脂酶(PPL)溶液中的降解行为。结果表明:(1)PTC共聚物比较疏水,pH 7.4时其分子量降低最快。共聚物中TMC含量越高,分子量降低越慢。水解过程中,共聚物组成均基本保持不变,而在酶解过程中,CL含量有所降低。PTC共聚物的水解表现为本体降解,而其酶解具有表面溶蚀的特征;(2)PLC共聚物的亲水性随着LLA含量的增加而增加。对不同分子量的共聚物,分子量高的降解速率慢;对不同组成的共聚物,CL含量越高,降解速率越慢。不加入酶的情况下,pH 1.0时PLC共聚物的水解速率最快。水解过程中,共聚物中PLLA组分优先降解,而酶解过程中,PCL组分优先降解;(3)不加入酶的情况下,pH 1.0时PDC共聚物降解最快。共聚物中PDO含量越高,其亲水性越高,失重也越快。总的来说,共聚物的降解速度远远快于相应的均聚物,酶的加入会促进共聚物的水解。通过调节共聚酯的分子量及组成可以达到所需要的降解速率。最后,对聚酯基高分子作为药物载体的应用进行了初步研究。以疏水性药物紫杉醇为药物模型,分别以mPEG-PCL和FA-PEG-PCL作药物载体制备纳米粒,结果表明mPEG-PCL和FA-PEG-PCL是较为理想的纳米制剂药物载体,制得的载药纳米粒形态圆整,水合直径在70100 nm范围内,表面带负电。mPEG-PCL纳米粒的包封率最高达到42.1%,FA-PEG-PCL纳米粒的包封率最高可达48.8%。制得的紫杉醇/FA-PEG-PCL载药纳米粒可缓释长达6天。另外,以亲水性药物5-氟尿嘧啶(5-FU)为药物模型,以PCL为载体材料,采用熔融挤出法制备了具有相同直径(2 mm)、不同载药量(25%和50%)的5-FU/PCL植入剂,体外释药结果表明,植入剂的载药量越高,药物的释放速度越快,药物是从植入剂中逐步扩散释放出来的。
摘要第4-7页
ABSTRACT第7-11页
符号说明第16-17页
第一章 研究背景第17-37页
    1.1 生物可降解高分子材料第17-18页
        1.1.1 天然可降解高分子及其改性产物第17页
        1.1.2 合成可降解高分子第17-18页
    1.2 聚酯基高分子第18-26页
        1.2.1 均聚酯第18-21页
        1.2.2 共聚酯第21-22页
        1.2.3 聚乙二醇-聚酯嵌段共聚物第22-23页
        1.2.4 聚酯的合成第23-26页
    1.3 高分子的降解第26-30页
        1.3.1 水降解第27-28页
        1.3.2 酶催化降解第28-30页
    1.4 高分子药物载体第30-35页
        1.4.1 纳米粒药物释放系统第30-34页
        1.4.2 植入型药物释放系统第34-35页
    1.5 立题依据及研究思路第35-37页
第二章 聚酯基高分子的酶催化合成与表征第37-67页
    2.1 材料和仪器第37-38页
        2.1.1 材料第37-38页
        2.1.2 仪器第38页
    2.2 实验方法第38-43页
        2.2.1 单体和试剂的纯化第38-39页
        2.2.2 末端巯基化的聚己内酯的酶催化合成第39页
        2.2.3 聚三亚甲基碳酸酯的酶催化合成第39页
        2.2.4 聚L-丙交酯的酶催化合成第39-40页
        2.2.5 单甲氧基聚乙二醇-聚己内酯的酶催化合成第40页
        2.2.6 单甲氧基聚乙二醇-聚三亚甲基碳酸酯的酶催化合成第40-41页
        2.2.7 叶酸-聚乙二醇-聚己内酯的酶催化合成第41-42页
        2.2.8 聚合物的表征第42-43页
    2.3 结果与讨论第43-65页
        2.3.1 HS-PCL 的酶催化合成与表征第43-50页
        2.3.2 PTMC 的酶催化合成与表征第50-52页
        2.3.3 PLLA 的酶催化合成与表征第52-54页
        2.3.4 mPEG-PCL 共聚物的酶催化合成与表征第54-59页
        2.3.5 mPEG-PTMC 共聚物的酶催化合成与表征第59-61页
        2.3.6 FA-PEG-PCL 共聚物的酶催化合成与表征第61-65页
    2.4 小结第65-67页
第三章 聚酯基高分子的辛酸亚锡催化合成与表征第67-95页
    3.1 材料和仪器第67-68页
        3.1.1 材料第67页
        3.1.2 仪器第67-68页
    3.2 实验方法第68-73页
        3.2.1 单体和试剂的纯化第68页
        3.2.2 辛酸亚锡甲苯溶液的配制第68页
        3.2.3 均聚物的辛酸亚锡催化合成第68-70页
        3.2.4 共聚物的辛酸亚锡催化合成第70-72页
        3.2.5 聚合物的表征第72-73页
    3.3 结果与讨论第73-94页
        3.3.1 均聚物的合成第74-80页
        3.3.2 共聚物的合成第80-89页
        3.3.3 聚合物的热性能第89-91页
        3.3.4 聚合物的结晶性第91-94页
    3.4 小结第94-95页
第四章 聚酯基高分子的化学水解和酶催化水解第95-132页
    4.1 材料和仪器第95-96页
        4.1.1 材料第95页
        4.1.2 仪器第95-96页
    4.2 实验方法第96-98页
        4.2.1 降解样品的制备第96页
        4.2.2 降解实验第96-97页
        4.2.3 降解样品的表征第97-98页
    4.3 结果与讨论第98-130页
        4.3.1 PTC 共聚物的化学水解第98-106页
        4.3.2 PTC 共聚物的酶催化水解第106-109页
        4.3.3 PLC 共聚物的化学水解第109-117页
        4.3.4 PLC 共聚物的酶催化水解第117-119页
        4.3.5 PDC 共聚物的化学水解第119-127页
        4.3.6 PDC 共聚物的酶催化水解第127-130页
    4.4 小结第130-132页
第五章 聚酯基高分子用作药物载体的研究第132-152页
    5.1 材料和仪器第133-134页
        5.1.1 材料第133页
        5.1.2 仪器第133-134页
    5.2 实验方法第134-138页
        5.2.1 紫杉醇体外分析方法第134-135页
        5.2.2 5-FU 体外分析方法第135页
        5.2.3 紫杉醇纳米粒的制备、表征及释药行为第135-137页
        5.2.4 5-FU/PCL 植入剂的制备、表征及释药行为第137-138页
    5.3 结果与讨论第138-150页
        5.3.1 紫杉醇体外分析方法第138-139页
        5.3.2 5-FU 体外分析方法第139页
        5.3.3 紫杉醇/mPEG-PCL 纳米粒第139-143页
        5.3.4 紫杉醇/FA-PEG-PCL 纳米粒第143-147页
        5.3.5 5-FU/PCL 植入剂第147-150页
    5.4 小结第150-152页
全文总结与展望第152-154页
    主要结论第152-153页
    本文创新点第153页
    研究展望第153-154页
参考文献第154-167页
致谢第167-168页
攻读博士学位期间发表的论文及专利第168-171页
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