新型交替嵌段聚氨酯PUPPG-alt-PEG及其温敏水凝胶的合成、表征及生物性能研究

摘要

聚合物水凝胶是指由高分子三维网络与水分子组成的多元体系,是一种具有强大吸水性能并能引起体积等性状发生变化的聚合物网络结构。温敏水凝胶是指对温度敏感,能够感应外界温度的变化而使自身性状发生变化的聚合物水凝胶。本文采用聚乙二醇(PEG)与聚丙二醇(PPG)为基材,以1,6-六亚甲基二异氰酸酯(HDI)作为连接剂,通过溶液合成法得到了交替嵌段的聚氨酯材料聚丙二醇-聚乙二醇-聚丙二醇聚氨酯(简称为PUPPG-alt-PEG),并将材料在去离子水中以适当浓度溶解得到聚氨酯反向温敏水凝胶。
　　采用1HNMR和FTIR对所有预聚体和得到的交替嵌段聚氨酯进行表征和分析,验证了预聚体和产物的结构,证实了预聚体按我们的设计进行了反应。通过凝胶渗透色谱(GPC)的表征,说明产物的组分单一,聚合物的分散系数小,得到产物的重均分子量范围为3万-5.5万。示差扫描热(DSC)及热失重(TGA)分析表明材料具有只含有一个玻璃化转变温度、较低的结晶度以及良好的热稳定性等特点。静态接触角和表面自由能结果表明材料是亲水性的(水接触角49.1o~97.2o)。采用试管倒置法对所有材料成胶温度与浓度的关系进行分析,发现可以通过选用不同链段长度或者调节聚氨酯浓度的方法来调整材料的成胶区间。体外细胞实验选择人胚肾293细胞(HEK293cells),结果表明本体系水凝胶对细胞无毒性。选取浓度为15wt％的PUPPG1000-alt-PEG2000水凝胶进行糖尿病小鼠体内胰岛素释放实验,首先观察小鼠在注射水凝胶与胰岛素混合制剂后21天内的炎症反应,结果发现在注射混合制剂后的第2天到第7天小鼠表现出明显的急性炎症情况,而到第21天,只有轻微炎症细胞残留。从注射制剂后8小时内检测的小鼠血糖变化情况来看,发现实验组较两个对照组(对照组A:0.9%NaCl;对照组B:胰岛素)的小鼠血糖值一直被控制在起始值的40%至60%之间,说明加入本体系水凝胶可以实现对胰岛素的缓慢释放,并且不影响胰岛素的降血糖作用。选择浓度为20wt%的PUPPG2000-alt-PEG2000进行体外降解分析,发现水凝胶在37℃、pH=7.4的PBS缓冲液中22周基本上可以降解完全。以上结果表明,本论文中合成的交替嵌段聚氨酯材料具有较好的理化性能,制成反向水凝胶后可作为良好的胰岛素缓释载体来更有效地发挥胰岛素的降血糖作用,从而为这类材料在生物医学领域的临床应用奠定了良好的基础。

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摘要

Abstract

重要缩写词对照表

第一章绪论

1.1嵌段共聚物概述

1.1.1嵌段共聚物的发展

1.1.2嵌段共聚物聚合方法

1.1.2.1活性聚合法

1.1.2.2缩聚法

1.1.2.3力化学方法

1.1.2.4特殊引发剂的引发反应

1.1.3嵌段共聚物的优点

1.1.4嵌段共聚物的自组装行为

1.1.4.1聚合物胶束的形成机理

1.1.4.2聚合物胶束的主要制备方法

1.1.4.3聚合物胶束的表征方法

1.2聚乙二醇（PEG）概述

1.2.1聚乙二醇的性质

1.2.2聚乙二醇在水凝胶中的应用

1.3聚丙二醇（PPG）概述

1.3.1聚丙二醇的理化性质

1.3.2聚丙二醇的用途

1.4聚氨酯水凝胶概述

1.4.1聚氨酯水凝胶优点

1.4.2聚氨酯水凝胶的应用

1.4.2.1药物缓释系统

1.4.2.2创伤敷料

1.4.2.3接触眼镜

1.4.2.4外科植入器包覆物

1.5糖尿病治疗现状分析

1.5.1糖尿病现状

1.5.2胰岛素治疗糖尿病的研究现状

1.6论文的研究目的及创新点

第二章材料及实验方法

2.1实验材料

2.1.1主要的原料与试剂

2.1.2实验动物

2.1.3常用溶液

2.1.4主要仪器设备

2.2实验方法

2.2.1材料及试剂的纯化

2.2.2溶液聚合法合成PUPPG-alt-PEG交替嵌段聚氨酯

2.2.2.1溶液聚合法合成PEG-diisocyannate

2.2.2.2合成PUPPG-alt-PEG交替嵌段聚氨酯

2.3检测方法

2.3.1傅里叶变换红外光谱（FTIR）检测

2.3.2核磁共振（NMR）检测

2.3.3分子量和分子量分布表征

2.3.4热性能表征

2.3.5静态接触角测试

2.4吸水率测试

2.5溶胶-凝胶-脱水相转变测试

2.6临界胶束浓度（CMC）和临界胶束温度（CMT）测试

2.7聚氨酯水凝胶的降解

2.8细胞相容性实验

2.8.1细胞培养

2.8.2细胞活性测试

2.9体内生物相容性实验

2.10胰岛素缓释的初步探索

2.10.1建立糖尿病小鼠模型

2.10.2胰岛素的装载

2.10.3装载胰岛素的水凝胶对糖尿病小鼠进行治疗

第三章　PUPPG-alt-PEG聚氨酯的合成与表征

3.1产物及预聚体的结构化学表征

3.1.1傅立叶红外表征

3.1.1.1傅立叶红外跟踪PEG-diisocyannate的反应过程

3.1.1.2傅立叶红外表征产物及单体

3.1.2核磁表征

3.2产物分子量表征

3.3聚氨酯热力学表征

3.3.1差示扫描量热法表征

3.3.2热稳定性表征

3.4材料的亲疏水性与表面自由能表征

3.5材料吸水性能表征

第四章　PUPPG-alt-PEG聚氨酯水凝胶的表征与降解性

4.1聚氨酯成胶性能研究

4.1.1溶胶-凝胶-脱水相转变

4.1.2水凝胶相转变机理探讨

4.2临界胶束浓度（CMC）和临界胶束温度（CMT）

4.3水凝胶的降解

第五章PUPPG-alt-PEG聚氨酯水凝胶的生物相容性

5.1细胞培养活力测试

5.2体内组织炎症反应

第六章聚氨酯水凝胶对胰岛素缓释的探索

第七章结束语

参考文献

个人简历及发表论文

致谢