磷脂组装体的电形成法制备及其药物磁性控释研究

摘要

细胞的所有重要功能几乎都与生物膜相关，有关生物膜的研究已成为生物学的重要研究内容和研究方向。磷脂的双层膜结构是研究生物膜的很多特性，如生物膜的侧向流动性、曲率、相分离、膜蛋白重组、膜渗透等的良好模型。磷脂组装体在复合纳米材料制备及纳米复合材料的药物释放领域具有重要应用前景。但目前利用电场诱导磷脂组装体的形成研究还有待深入探索，磁热和磁振荡效应对磁性磷脂载药体的药物释放作用仍不很明确。因此，本文首先将光刻技术与电化学相结合，制备出不同尺寸的共平面叉指微电极；其次，利用叉指微电极，分别制备出磷脂囊泡和磷脂管，并对其形成过程进行研究；最后结合磁性纳米粒子，制备两种不同的磁性载药磷脂囊泡体系，并在理论上和实验上详细研究两种不同体系在外磁场触发下的药物释放行为。
　　将光刻技术与电化学相结合，制备电极宽度50~200μm范围的共平面叉指微电极，制备过程中曝光时间、超声时间、腐蚀时间等优化的参数分别为2s，7s和40s。原子力显微镜测定结果显示电极厚度为160nm，表面粗糙度与原ITO相比无明显变化。
　　利用叉指微电极，分别对交变电场下的磷脂分子形成磷脂囊泡和磷脂管的组装行为进行研究。各种磷脂(DOPC、egg PC、DPPC等)在电极宽度为50~200μm，溶液高度为1~2mm，电场振幅为1~10V及频率为1~10kHz等条件下均可有效形成磷脂囊泡和磷脂管。绘制了交流电场下的egg PC磷脂囊泡形成的电场振幅与频率相图，为制备特定尺寸的磷脂囊泡来的电场条件选择提供指导。电场诱导形成的磷脂管最大长度可达200μm，稳定性良好。利用Comsol软件对叉指微电极的电场分布进行了仿真模拟，结合实验结果，提出叉指微电极间较大的侧向电场分量(Ex)是磷脂管生长的主要驱动力，也是电场下调控磷脂囊泡和磷脂管组装形态的关键因素。
　　采用共沉淀法分别合成并表征了柠檬酸盐和APTES修饰的羧基Fe3O4纳米粒子和氨基Fe3O4纳米粒子。利用电形成法制备出Fe3O4纳米粒子分别在磷脂囊泡内部和吸附在其表面的两种磁性载药磷脂囊泡体系。羧基荧光素为药物模型和临床的抗癌药物阿霉素在磁场触发下的药物释放结果表明，两种磁性载药磷脂囊泡内的药物释放过程均表现出与磁场施加的同步特性。羧基纳米粒子包封在内部的磁性载药体系中，药物释放率会随着施加频率与纳米粒子浓度的增大而增大。对于氨基纳米粒子吸附在磷脂囊泡表面的磁性载药体系中，其药物释放率随着施加频率的增加，释放率呈现先增加后降低的趋势，在2kHz具有最大释放率。结合仿真模拟及实验数据，总结得出对于Fe3O4纳米粒子包封在内部的磁性载药体系，磁热效应对药物释放起主要作用，而对于Fe3O4纳米粒子吸附在表面的磁性载药体系中，磁热效应和磁震荡协同作用促使内部的药物释放。两种体系中表现出不同药物释放机制。进一步开展载药磁性囊泡的体外细胞毒性(HeLa cells)实验，结果表明这种磁响应性药物载体可在外部非侵入性交变磁场的触发下促使细胞死亡。
　　共平面叉指微电极突破了磷脂囊泡电形成法时传统“对电极”体系的限制，创造了一种新电极体系来实现磷脂囊泡的制备。利用叉指微电极，建立了交变电场下简单、灵活、快速制备磷脂管的新方法。结合模拟与实验数据，明确叉指微电极上控制磷脂囊泡和磷脂管组装的关键调控因素。对电场下磷脂组装体的可控组装提供理论基础。磁性载药囊泡在磁场下的可控药物释放及其体外细胞实验结果，对于设计制备高效、可控、智能的靶向药物载体可提供重要的指导，在癌症的临床治疗方面具有潜在的应用价值。

目录

第1章 绪 论

1.1课题背景及研究的目的和意义

1.2光刻技术的发展与应用

1.3生物膜概述

1.4模拟生物膜概述

1.5磷脂组装体

1.6磷脂与磁性纳米材料的复合应用研究

1.7论文的主要研究内容

第2章 实验部分

2.1主要原料与试剂

2.2实验仪器

2.3实验方法

2.4性能表征测试方法

第3章 叉指微电极及微电极上磷脂组装体的制备

3.1引言

3.2叉指微电极的制备与表征

3.3叉指微电极上磷脂囊泡的制备

3.4叉指微电极上磷脂管的制备

3.5本章小结

第4章 磁性磷脂囊泡在磁场下的荧光素释放

4.1引言

4.2磁性纳米粒子的浓度测定与表征

4.3磁性荧光素磷脂囊泡在电场下的制备

4.4外加磁场触发的磷脂囊泡内荧光素释放

4.5本章小结

第5章 磁性载药磷脂囊泡在磁场作用下的药物释放

5.1引言

5.2磁性载药(阿霉素)磷脂囊泡在电场下的制备

5.3外加磁场触发磷脂囊泡内的阿霉素释放

5.4磁热效应与磁振荡仿真模拟分析

5.5释放药物的体外细胞实验

5.6本章小结

结论

论文创新点：

展望：

参考文献

攻读博士学位期间发表的论文及其它成果

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致谢

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