聚甲基丙烯酸包裹介孔SiO2的制备及其对布洛芬的pH响应释放

作     者：韩静 

作者单位：北京工业大学 

学位级别：硕士

导师姓名：孙继红

授予年度：2015年

学科分类：1007[医学-药学(可授医学、理学学位)] 10[医学] 

主      题：双模型介孔SiO2 表面功能化 聚甲基丙烯酸 布洛芬 离子强度 pH响应释放 

摘      要：介孔二氧化硅纳米粒子具有较大的比表面积和孔容积、可调节的介孔孔径、稳定的骨架结构、易于修饰的内外表面和良好的生物相容性等优点,在药物传输和缓控释领域具有广阔的应用前景。其中双模型介孔材料(BMMs)是一种新型介孔材料,它具有双孔道结构:3 nm左右的蠕虫状一级孔与10-30 nm左右的球形颗粒堆积孔。BMMs独特的双介孔分布对药物的装载和释放具有重要影响。人体是一个复杂体系,正常组织和病变部位的p H值会有差异,由于BMMs无法实现药物分子在病灶部位的靶向释放,从而限制了在药物控释领域中的广泛应用。pH敏感性聚合物可以实现对药物的pH控制释放,近年来受到人们的广泛关注。将pH敏感性聚合物组装到介孔氧化硅纳米粒子上所形成的复合材料具有许多独特优势,如较高的载药量和优异的pH刺激响应性。在此研究背景下,我们首先合成了具有pH敏感性的聚合物聚甲基丙烯酸PMAA,然后以BMMs为载体合成了一系列PMAA-BMMs纳米复合材料,并研究了所合成的复合材料对药物组装和释放性能的影响。具体包括以下几个方面的内容:1.以3-(2-氨基乙基氨基)丙基三甲氧基硅烷(NN-TES)改性的NN-BMMs为载体装载模型药物布洛芬(IBU)后,再包裹采用自由基原理制备的聚甲基丙烯酸PMAA,以制备出不同质量配比的p H响应型介孔复合材料P/I-NN-BMMs-x(x=0,0.1,0.3,0.5,1.0),其中x代表PMAA与NN-BMMs的投入质量比。系统考察了IBU的装载行为和PMAA的引入对BMMs介孔结构和性能的影响,以及复合材料P/I-NN-BMMs对IBU的pH响应释放行为。研究结果表明,IBU和PMAA的引入没有破坏介孔材料的结构和稳定性;PMAA的包裹量随着其投入量的增加先增加后减少,其中P/I-NN-BMMs-0.5中PMAA的包裹量最大(仅为6.2%左右);在不同pH下的药物释放行为表明,药物在酸性介质中的释放量高于在碱性环境中,且聚合物包裹量最多的P/I-NN-BMMs-0.5响应释放性能最好。2.针对上述介孔复合材料P/I-NN-BMMs中PMAA包裹量较少的实验结果,借助“graft to法,应用上述pH敏感性聚合物PMAA与介孔材料BMMs制备出不同质量配比的pH响应型介孔复合材料P/NN-BMMs-x(x=0,0.1,0.3,0.5),其中x代表PMAA与NN-BMMs的投入质量比。系统考察了氨基的改性和PMAA的引入对介孔结构的影响,同时以IBU为模型药物,研究了不同PMAA包裹量的介孔复合材料的载药动力学行为。结果表明:氨基官能化以及PMAA的包裹并没有破坏介孔材料的形貌特征并保持了其双孔道介孔结构;由于PMAA包裹前IBU并没有占据NN-BMMs的活性位,所以PMAA的包裹量比复合材料P/I-NN-BMMs的包裹量多且PMAA投入量最多的P/NN-BMMs-0.5包裹量最多(为21.8%左右);PMAA的包裹量明显影响复合材料的结构参数;载药动力学结果表明,药物的装载符合Korsemeyer-Peppas模型,P/NN-BMMs-x(x=0.1,0.3,0.5)的载药特征常数分别为0.58,0.42和0.39,可知载药速率随聚合物包裹量的增加而有所下降。3.以上述(2)中制备的pH响应型介孔复合材料P/NN-BMMs-x(x=0,0.1,0.3,0.5)为载体,装载模型药物IBU以制备复合材料P/NN-BMMs-x-I(x=0,0.1,0.3,0.5)。考察了IBU的装载对介孔材料结构的影响;并研究了不同聚合物包裹量的介孔复合材料的载药能力。用不同pH值(pH 7.4与2.0)的磷酸盐缓冲溶液、盐酸溶液(pH 2.0)和氨水溶液(pH 7.4)为释放介质,研究了pH值和离子强度对药物缓控释性能的影响。另外,系统研究了环境p H值和离子强度对聚合物PMAA zata电位的影响,进一步研究了药物缓控释的作用机理与机制。结果表明装载IBU后介孔材料的结构并没有被破坏;纳米复合材料具有较高的载药性能,P/NN-BMMs-x-I(x=0,0.1,0.3,0.5)的载药量分别为22.61%、17.57%、13.60%和13.33%,可知载药量随PMAA包裹量的增加而减少;PMAA的zeta电位随介质pH的增大而降低,表明在碱性环境中,PMAA分子链上的羧基被电离,而且在碱性环境中PMAA的zeta电位随介质中Na Cl浓度的增加而增大,说明溶液中的Na+起到了电荷屏蔽的作用,所以PMAA具有较好的pH敏感性和离子强度响应性;释放结果表明复合材料也有较好的pH敏感性和离子强度响应性;PMAA的包裹量越多,pH敏感性能越好,且PMAA的包裹抑制了释放初级阶段的“突释现象;复合材料的释放结果还表明,在酸性环境中,药物的释放遵循“扩散控制释放机理,在碱性环境中,药物的释放受“扩散控制释放机理和浓度差的共同影响。4.应用多种表征手段,如X-射线衍射(XRD)、高分辨率扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)、氮气吸附-脱附、热重分析(TG)、zeta电位分析、元素分析、红外光谱(FT-IR)、紫外光谱、高效液相色谱等对PMAA、纳米复合材料以及药物装载和释放后的介孔材料进行表征。