包含α-CD的光热双重刺激响应水凝胶的制备及控释性能研究

作     者：杨明欣 

作者单位：江苏大学 

学位级别：硕士

导师姓名：胡杰

授予年度：2020年

学科分类：1007[医学-药学(可授医学、理学学位)] 081702[工学-化学工艺] 08[工学] 0817[工学-化学工程与技术] 10[医学] 

主      题：光敏感性 温度敏感性 α-环糊精 水凝胶 药物释放 

摘      要：水凝胶是一种具有三维网状结构的聚合物材料,由于亲水性基团以及交联结构的存在,使其兼具吸水溶胀并保持原有结构不发生溶解的特性。通过接枝聚合的方式引入不同敏感组分形成的智能水凝胶,能对外界环境刺激例如光、温度、pH等作出响应性行为,不同类型的刺激响应体系都有各自的特点和优势。其中,温度敏感型水凝胶由于能在不同温度刺激下通过溶胀/收缩的体积响应性变化来有效的负载和释放药物分子,因此在药物控释方面得到了广泛的研究和发展。近年来,将环糊精和偶氮苯（Azo）组成的具有主-客体识别作用的光控超分子体系引入到水凝胶中所形成的光敏感型水凝胶,由于在安全性和精准可控性等方面的显著优势,逐渐引起了各国研究学者的关注。本课题研究的目的是制备出一种包含α-环糊精（α-CD）的光热双重刺激响应水凝胶并对其控释性能进行研究。温敏组分选用聚N-异丙基丙烯酰胺（PNIPAM）,其聚合物网络在最低临界相变温度（LCST）上下发生可逆性的溶胀/收缩的体积变化,从而能够对环境中的药物分子进行有效的吸附和释放。光敏组分选用α-CD和Azo组成的具有主-客体识别作用的光控超分子体系。环糊精空腔在增加药物分子的负载位点的同时,利用α-CD对顺式/反式Azo的选择性包结作用,采用紫外光（365nm）和可见光（430nm）作为照射光源,通过实现两者间可逆性的组合/解离变化,控制α-CD空腔的“开关,以达到控制药物分子在α-CD空腔中发生游离/固定的状态转变的目的。结合温敏和光敏响应机制的双重优点制备出的智能水凝胶,通过两种敏感体系之间的响应性配合,在增大药物负载量的基础上,实现对药物分子释放模式的实时调控。本文首先通过接枝聚合的方法将改性后的光敏组分和温敏组分引入到聚合物网络,成功制备出包含α-CD的光热双重刺激响应水凝胶（PNIPAM-Azo/α-CD）。利用红外光谱（FTIR）、核磁共振（NMR）、元素分析（EA）和综合热分析（TG-DSC）等多种测试方法对中间体和水凝胶进行分析和表征。同时对水凝胶光敏组分中的Azo基团的可逆光异构效应和光异构速率进行测试,对温敏组分的溶胀/去溶胀效果能进行了检测。并研究了交联剂、N-异丙基丙烯酰胺两者含量配比对水凝胶溶胀/去溶胀性能的影响。结果显示,光敏组分和温敏组分接枝到水凝胶中后分别具有良好的光刺激响应和温度刺激响应效果,能够通过光刺激实现Azo基团的光异构化,以及通过温度刺激实现水凝胶聚合物网络的溶胀/收缩的响应行为。最后以亚甲基蓝（MB）模拟药物分子,考察了水凝胶在不同温度（20/37℃）和不同波长光照（365/430nm）下的载药和释药行为。结果表明,水凝胶聚合物网络中的Azo基团与α-CD在光照刺激下发生的复合/解离行为能够对MB分子的负载和释放进行调控。当环境温度高于LCST时,PNIPAM-Azo/α-CD发生快速的体积收缩,实现了对MB分子的脉冲式释放,而后由于聚合物网络继续塌陷,网孔缩小,表面形成致密层,最终阻碍了MB分子的释放。当环境温度低于LCST时,聚合物网络吸水溶胀,有利于MB分子的游离释放。综合结果表明,在结合光刺激响应和温度刺激响应体系的PNIPAM-Azo/α-CD水凝胶中,光敏组分和温敏组分接枝到水凝胶中后能够通过光照刺激实现α-CD对Azo基团和MB分子的选择性识别和包结作用,以及通过温度刺激实现水凝胶聚合物网络的溶胀/收缩的响应行为,综合表现出良好的药物储存和控释性能。最后利用Ritger-Peppas方程对水凝胶释药机理进行了研究,结果表明MB的主导释放机理为non-Fickian扩散机理。