药物传递系统的多尺度模拟

作     者：冯云皓 

作者单位：北京化工大学 

学位级别：硕士

导师姓名：郭新东

授予年度：2021年

学科分类：1007[医学-药学(可授医学、理学学位)] 10[医学] 

主      题：耗散粒子动力学 高分子微针 水凝胶 自组装 多尺度模拟 

摘      要：自21世纪以来,纳米医学辅助治疗的概念已经深入人心,设计包含载药纳米颗粒的新型经皮给药微针给药系统,能够将两种不同的纳米科技珠联璧合。然而,这样的药物递送系统的组分繁多、微观结构复杂,对其的理论研究还尚不完善。为了克服这些困难,研究者开发一种基于介观时空尺度的耗散粒子动力学(DPD)模拟方法。该方法因其特有的模拟尺度与高效的计算效率得到了大量关注。本文将从高分子微针生产设计的实践出发,从三个方面探讨DPD模拟对微针的辅助设计。论文主要工作如下:(一)通过多尺度模拟方法探究微针药物分布并证明了 SRB在PVA溶液中的扩散系数比在HA溶液中的扩散系数低,能有效防止药物从微针尖端扩散到底座。实验方面,制备了载有SRB的PVA和HA微针,并将仿真结果与实验结果进行了比较。为了验证对SRB模拟的结果适用于其他药物,我们还分析了胰岛素在微针中不同的扩散机理。(二)通过我们对透析过程的动态建模,提出了一种新的关于两亲高分子自组装的机理。高分子在透析过程中经历了四种相转变状态:(i)分散态;(ii)预胶束态;(iii)过胶束态;(iv)最终胶束态。模拟结果证明有机溶剂与高分子的疏水段相互作用强度是十分关键的,当二者相互作用很强时,会对微球载药性能产生负面影响。(三)通过DPD模拟的方法,我们为pH诱导的大黄酸自组装机理提供了新的理解。结果表明,在酸性环境下,大黄酸分子倾向于聚集产生聚沉。在碱性环境下,大黄酸分子形成了一系列不连续、高分散性的结构,这种结构热力学稳定性较好但是无法提供所需的力学性能,只能以溶液状态存在。只有当pH适中时,大黄酸结构才能兼具热力学稳定性与良好的力学性能,从而可以形成符合要求的水凝胶体系。