P（CL-LA）-b-mPEG类嵌段共聚物胶束的制备、胶束化行为及药物释放性能的研究

摘要

两亲性嵌段共聚物在选择性溶剂中发生微相分离，可以形成具有疏溶剂内核和溶剂化外壳的自组装结构，即胶束。其中最具药物控释应用前景的两亲性嵌段共聚物胶束受到科学家们的广泛关注。为了深入探讨高分子胶束在水溶液中的形成机理及其载药和药物释放特性，本文以两种具有不同结晶性能的丙交酯-己内酯共聚物P(CL-LA)作为疏水嵌段；具有良好生物相容性的聚乙二醇mPEG作为亲水嵌段，合成了一系列两亲性嵌段共聚物，对该类共聚物的分子结构、凝聚态性质、胶束化行为进行了较为深入的研究，并探讨了其对模型药物的载药特性和体外药物释放动力学。主要研究结果如下： 首先通过温和条件下的酯化反应，合成了不同分子量的mPEG与疏水性大分子单体P(CL-LLA)和P(CL-DLLA)的两亲性嵌段共聚物。核磁共振(<'1>H NMR & <'13>CNMR)和凝胶渗透色谱(GPC)结果表明，mPEG和P(CL-LA)链通过共价键结合，形成嵌段共聚物。因此通过此合成方法，可以方便地制备分子结构可控的两亲性嵌段共聚物。 为了能够深入探讨两亲性嵌段共聚物在本体以及溶液状态下的凝聚态性质和自组装行为，利用差示扫描量热(DSC)和偏振光显微镜(PLM)技术，对所合成的嵌段共聚物进行了非等温条件下的固态热性能的考察。结果表明，所制备的一系列亲疏水嵌段不同的P(CL-LLA)-b-mPEG和P(CL-DLLA)-b-mPEG共聚物，在热力学性能上可以分为结晶性-结晶性和无定形-结晶性两种。嵌段共聚物中mPEG链段的分子量对疏水嵌段P(CL-LLA)和P(CL-DLLA)的固态热性能均产生显著的影响。对于结晶性-结晶性共聚物，(C-L)-E<,11>和(C-L)-E<,20>中P(CL-LLA)嵌段的结晶程度略高于预聚大分子单体，而共聚物(C-L)-E<,50>中P(CL-LLA)嵌段的结晶程度则受到一定抑制。对于无定形-结晶性共聚物，(C-DL)-E<,11>和(C-DL)-E<,20>中P(CL-DLLA)嵌段的玻璃化转变温度(T<,g>)随mPEG嵌段长度的增加而显著降低；而共聚物(C-DL)-E<,50>中P(CL-DLLA)嵌段的玻璃化转变温度则与未发生共聚的大分子单体链段的转变温度更为接近。另一方面，嵌段共聚物中mPEG嵌段的结晶程度由于mPEG与P(CL-LA)嵌段间的共价键结合而受到抑制。但是在(C-DL)-E<,50>中，mPEG<,50>嵌段的结晶度相对于其均聚物则明显增大。在此基础上，对所制备的嵌段共聚物在水中的胶束化行为进行了详细的研究。以透析的方法制备了嵌段共聚物在水中的胶束溶液。利用荧光光谱技术，测定嵌段共聚物在水中的临界胶束浓度(CMC)及荧光探针芘在胶束相和水相中的分配平衡常数。结果表明，所合成的六种亲疏水嵌段比不同的嵌段共聚物，均具有较低的CMC值，说明这些嵌段共聚物胶束具有在水中的热力学稳定性。而当共聚物中mPEG嵌段分子量相同时，芘在P(CL-LLA)-b-mPEG共聚物胶束中的分配平衡常数(K<,v>)低于其在P(CL-DLLA)-b-mPEG共聚物胶束中的值。考虑到疏水嵌段在这两种共聚物中具有相近的质量分数，K<,v>值的降低表明了这两种体系中胶束内核具有不同的物理结构状态。 光散射粒径和透射电子显微镜(TEM)测试结果表明，P(CL-DLLA)-b-mPEG嵌段共聚物在水中所形成的胶束均呈现经典的球形形态，而P(CL-LLA)-b-mPEG三种嵌段共聚物在水中均出现非球形的胶束形态，即圆柱形胶束。 为了考察胶束内核的物理状态，我们采用了液氮骤冷加冷冻干燥的方法，制备得到保留水溶液中胶束凝聚态信息的样品，并对其进行了DSC和广角X射线衍射(WAXD)分析。结果表明，在胶束中，P(CL-LLA)疏水内核嵌段以结晶态存在，而P(CL-DLLA)内核仍为无定形状态。 综合以上结果分析，我们认为内核嵌段的结晶性和疏水性的共同作用是决定P(CL-LLA)-b-mPEG类嵌段共聚物在水中形成圆柱形胶束的主要驱动力。进而提出了一种P(CL-LLA)-b-mPEG嵌段共聚物形成圆柱形胶束的可能机理模型：内核的结晶和外壳亲水链伸展这两种能量之间的竞争决定了圆柱形胶束形态的形成。 以吲哚美辛(IMC)为模型药物，分别采用透析法和油水乳化(O/W)法，制备包载药物的嵌段共聚物载药胶束。利用傅立叶变换红外光谱(FTIR)和DSC技术，考察药物与嵌段共聚物胶束之间的相互作用，并通过溶解度参数计算，尝试对体系相容性进行预测。结果表明，体系中胶束与药物之间的作用力主要为疏水间的相互吸引力，而IMC在胶束内核中，也许以α-晶型存在。 利用紫外光谱法，测定液氮固定继而冷冻干燥后的嵌段共聚物胶束中IMC的包载率(DLE)。利用动态光散射(DLS)及TEM技术，对包载药物后的载药胶束形态进行考察。(C-L)-E<,50>和(C-L)-E<,20>嵌段共聚物胶束在包载药物后，仍然呈现圆柱形形态，与空白胶束一致。而包载药物后的(C-L)-E<,11>共聚物胶束形态则发生明显的转变。除了圆柱形胶束外，载药胶束中出现尺寸较大的类球形胶束聚集体，并且随着浓度的降低，尺寸在200nm左右的较大胶束减少，而圆柱形胶束成为更为主要的形态。在另一系列中，载入药物后的(C-DL)-E<,50>嵌段共聚物胶束中仍然呈现与空白胶束一致的球形形态。而相比于空白胶束，(C-DL)-E<,20>和(C-DL)-E<,11>嵌段共聚物载药胶束出现了从球形到球形-圆柱形共存形态的转变，并且随着浓度的降低，载药胶束中圆柱形胶束逐渐减少，而球形胶束则成为更为普遍的形态。以上结果表明，疏水性极强且具有结晶性的IMC在胶束内核中的载入，对胶束的表面张力及表面自由能产生了显著的影响，同时外壳mPEG亲水链的分子量也对胶束的热力学稳定性产生不同的影响。因而，当外壳亲水链较短时，体系为了获得热力学上的稳定，载药胶束出现了形态上的转变，而亲水链较长的载药胶束形态不变。并进一步考察了载药胶束在水中的形态稳定性，结果表明，IMC在内核中的增溶增强了胶束内核的疏水性，使得载药胶束在水中具有很高的形态稳定性。 分别以透析法和O/W法制备包载IMC的嵌段共聚物胶束溶液。利用紫外光谱法，测定载药胶束溶液中的初始药物含量以及37℃水介质中药物从胶束中的释放动力学过程。结果表明，以不同的方法制备载药胶束溶液，药物在胶束内核中的包埋分布过程也随之不同。而药物白胶束中释放的动力学过程，将包括以下几个过程：(a)水分子渗透扩散进入胶束内部，使得内核溶胀；(b)药物溶解，从胶束内核→外壳→介质发生扩散并最终溶出；(c)药物的溶解-扩散-溶出过程中，胶束内核的物理结构将受到一定的影响，由于疏水嵌段在水介质中发生一定程度上的“暴露”，胶束的热力学平衡将受到影响。 进而以不同的释药机理模型对胶束中药物的释放动力学过程进行模拟，对以不同方法制备的嵌段共聚物载药胶束的释药速率进行考察。结果表明，以下几个因素对药物的释放速率产生影响：(1)药物的初始载入量；(2)药物与疏水内核间的相互作用；(3)疏水内核的物理状态；(4)药物在胶束内核中的分布。同时也探讨了mPEG亲水嵌段长度对药物释放速率的影响。结果表明，当以相同方法进行药物包载，且载药胶束内核嵌段相同时，亲水嵌段分子量的增加将引起药物扩散的比表面积的增大，从而导致了释药速率的提高。 对药物释放192 hr后载药胶束的形态变化进行考察。TEM结果证明了在药物释放后期，由于药物的溶解-扩散-溶出过程，胶束内核的物理状态受到一定影响，胶束的热动力学平衡在一定程度上会向解缔合方向进行，从而导致了释药后胶束形态的转变，并提出了一个药物释放过程中胶束形态转变的模型。

目录

文摘

英文文摘

第一章绪论

1.1药物输送系统(DDS)

1.1.1用于药物输送系统的高分子材料

1.1.2应用于药物输送系统的高分子胶束

1.2应用于药物输送系统的两亲性嵌段共聚物胶束

1.2.1高分子胶束的特点

1.2.2高分子胶束的分类

1.2.3高分子胶束的制备

1.3两亲性嵌段共聚物胶束的形成

1.3.1低分子量表面活性剂的胶束化

1.3.2表面活性剂的胶束化过程的热动力学

1.3.3胶束结构和分子堆积

1.3.4嵌段共聚物胶束形成的热动力学

1.4嵌段共聚物胶束的结构和形态

1.4.1嵌段共聚物胶束的结构

1.4.2胶束结构的理论研究

1.5非球形结构胶束的研究

1.6嵌段共聚物胶束化过程中的驱动力

1.6.1以弱的非共价键力组装的胶束

1.6.2以交联或结晶固定的稳定胶束

1.7药物在两亲性嵌段共聚物胶束内的包载

1.7.1药物与核形成嵌段的相容性

1.7.2药物与胶束的结合

1.7.3载药胶束的释药特性

1.8本论文的工作

第二章P(CL-LA)-b-mPEG两亲性嵌段共聚物的合成

2.1引言

2.2原料及试剂

2.3试剂的纯化和处理

2.3.1溶剂的处理

2.3.2其他试剂的处理

2.4羧基封端mPEG的制备

2.5 P(CL-LA)-b-mPEG两亲性嵌段共聚物的合成

2.6产品的纯化处理

2.7表征技术、仪器型号和测试条件

2.8结果与讨论

2.8.1两亲性嵌段共聚物的合成

2.8.2两亲性嵌段共聚物的结构表征

2.9本章小结

第三章P(CL-LA)-b-mPEG两亲性嵌段共聚物固态热性能的表征

3.1引言

3.2表征技术、仪器型号和测试条件

3.3结果与讨论

3.3.1P(CL-LLA)-b-mPEG嵌段共聚物固态热力学性能的表征

3.3.2 P(CL-DLLA)-b-mPEG嵌段共聚物固态热力学性能的表征

3.3.3两亲性嵌段共聚物固态结晶形态的表征

3.4本章小结

第四章P(CL-LA)-b-mPEG两亲性嵌段共聚物胶束的制备及胶束化行为的表征

4.1引言

4.2胶束溶液的制备

4.3表征技术、仪器型号和测试条件

4.4结果与讨论

4.4.1荧光探针技术对嵌段共聚物胶束化行为的研究

4.4.2胶束的热力学分析及广角X射线衍射研究

4.4.3胶束在水溶液中的粒径及其分布

4.4.4胶束形态

4.4.5圆柱形胶束形成的机制

4.5本章小结

第五章吲哚美辛在P(CL-LA)-b-mPEG两亲性嵌段共聚物胶束中的包载及表征

5.1引言

5.2吲哚美辛(Indomethacin，IMC)的理化性质

5.3载药胶束的制备

5.3.1透析法载药

5.3.2油水乳化(O/W)法载药

5.4表征技术、仪器型号和测试条件

5.5结果与讨论

5.5.1聚合物和药物的相容性分析

5.5.2吲哚美辛在嵌段共聚物胶束中的包载量

5.5.3载药胶束的粒径及其分布

5.5.4载药胶束的形态

5.5.5载药胶束的稳定性

5.6本章小结

第六章吲哚美辛在P(CL-LA)-b-mPEG嵌段共聚物胶束中的药物释放行为研究

6.1引言

6.2实验部分

6.2.1载药胶束的制备

6.2.2载药胶束在水中的药物释放

6.2.3载药胶束释药后的形态

6.3表征技术、仪器型号和测试条件

6.4结果与讨论

6.4.1吲哚美辛在嵌段共聚物胶束释药样品中的包载量

6.4.2嵌段共聚物载药胶束在水中的体外释放动力学研究

6.4.3药物释放192hr后的胶束形态

6.5本章小结

第七章总结

References

致谢

论文发表情况