钛酸钙纳米纤维的电纺制备及其药物释放性能研究

摘要

药物控释体系相对于传统给药方式具有更高的治疗功效和更大的生物安全性等优点，因而在生物医学和药学领域倍受关注。目前，虽然有关药物控释体系的研究已经取得了很大进展，但可示踪的药物释放载体依然是药物控释体系中的一个挑战。
　　钛酸钙具有良好的化学稳定性和生物相容性，结合静电纺丝技术，制备了钛酸钙纳米纤维载体，为了实时有效地监测药物载体在生物体中的药物释放过程，设计了近红外(NIR)光功能化的钛酸钙多孔纳米纤维用于药物控释体系。近红外光在生物体内具有较深的组织穿透力、较低的自发荧光和光散射效应。此外，位于750～850 nm区间的光谱被称为第一近红外窗口(NIRⅠ)，位于1000～1400nm区间的光谱被称为第二近红外窗口(NIRⅡ)，NIRⅠ和NIRⅡ都是生物组织的光透过窗口，其中，位于NIRⅡ光谱区间的近红外光具有更深的组织穿透力。本研究取得的主要成果如下:
　　(1)采用溶胶-凝胶法和静电纺丝技术制备了微结构可控的钛酸钙(CaTiO3,CTO)多孔纳米管。包含聚乙烯吡咯烷酮(PVP)、普朗尼克F127和CTO（金属盐溶液）的均匀溶胶在静电纺丝过程中，由于相分离效应的发生，最终形成了钛酸钙纳米管结构。研究发现调控PVP/CTO摩尔比使钛酸钙多孔纳米管中空尺寸可控，当摩尔比从0.24 m变化到0.12m时，纤维直径从～105 nm增大到～230 nm，纤维中空结构尺寸从0增大到～70 nm。
　　(2)采用溶胶-凝胶法和静电纺丝技术制备了微结构可控的钛酸钙纳米纤维。研究发现纤维的形貌与前驱体的组分有关，通过调节前驱体中乙醇和冰乙酸的体积比从3.5变化到1.25，钛酸钙纳米结构的形貌从横截面为圆形的纤维状转变为弯曲的带状。采用布洛芬为模型药物研究了钛酸钙纳米纤维的药物装载量和药物释放行为，发现随着普朗尼克F127在前驱体中的添加使用，钛酸钙纳米纤维的比表面积和孔体积显著下降，而未添加普朗尼克F127制备的钛酸钙纳米纤维呈现最高的药物装载量和最持续缓慢的药物释放动力学。
　　(3)稀土钕离子掺杂的钛酸钙(Nd3+-CaTiO3)在位于第一近红外窗口(NIRⅠ)的激发光谱激发下能够产生位于第二近红外窗口(NIRⅡ)的光谱发射，提出使用Nd3+-CaTiO3多孔纳米纤维作为药物载体负载药物，在药物释放过程中，通过探测该多孔纳米纤维在第二近红外窗口的光谱发射来试验可监测的药物释放的创新思路。首次通过静电纺丝技术制备出Nd3+-CaTiO3多孔纳米纤维，并对负载了布洛芬的Nd3+-CaTiO3多孔纳米纤维在磷酸缓冲盐溶液(PBS)中的药物释放过程进行了研究，发现药物分子从Nd3+-CaTiO3多孔纳米纤维释放到PBS后，由于溶液中羟基的侵入，引发了该多孔纳米纤维在第二近红外窗口的光谱发射强度衰减，结果是药物分子释放量越多该多孔纳米纤维在第二近红外窗口的光谱发射强度衰减越大。因此，通过简单地探测Nd3+-CaTiO3多孔纳米纤维在第二近红外窗口的光谱发射强度，检测到药物分子从纤维载体释放到了PBS中。此外，研究发现通过调节形成胶束的普朗尼克F127的含量，Nd3+-CaTiO3纳米纤维的多孔结构可控，从而使得该纳米纤维的药物释放动力学可控。本研究表明，近红外光致发光钛酸钙纳米纤维可作为一种很有前景的可示踪药物载体应用于药物控释体系。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 引言

1．2 药物控释体系

1．2．1 药物控释载体

1．2．2 光示踪药物释放

1．3 钛酸钙材料介绍及其生物医学应用

1．4 静电纺丝技术

1．5 本课题的研究内容及意义

第二章 实验与测试方法

2．1 实验原料与主要设备

2．1．1 化学药品

2．1．2 实验主要设备

2．2 材料结构、形貌与性能表征

2．2．1 X射线衍射

2．2．2 场发射扫描电镜与电子探针X射线能量色散谱

2．2．3 透射电子显徼镜

2．2．4 热重-差示扫描量热

2．2．5 傅里叶交换红外光谱

2．2．6 紫外-可见吸收光谱

2．2．7 荧光光谱

2．2．8 氮气吸附脱附

2．2．9 MTT细胞毒性试验

第三章 中空管状钛酸钙纳米结构的制备及形成机理

3．1 引言

3．2 实验过程

3．2．1 中空管状钛酸钙纳米结构的制备

3．2．2 中空管状钛酸钙纳米结构的表征

3．3 实验结果和分析

3．3．1 中空管状钛酸钙的结构、形貌和尺寸分布

3．3．2 中空管状钛酸钙的形成机理分析

3．3．3 与同轴电纺制备中空管结构的优势对比讨论

3．4 本章小结

第四章 钛酸钙纳米纤维的制备及药物控释性能研究

4．1 引言

4．2 实验过程

4．2．1 钛酸钙纳米纤维的制备

4．2．2 钛酸钙纳米纤维的药物装载和释放

4．2．3 钛酸钙纳米纤维的表征

4．3 实验结果和分析

4．3．1 静电纺丝合成工艺和晶体结构

4．3．2 前驱体成分对钛酸钙纳米纤维形貌的影响

4．3．3 钛酸钙纳米纤维的药物装载和释放动力学

4．4 本章小结

第五章 近红外光致发光钛酸钙纳米纤维的制备及可监测药物控释性能研究

5．1 引言

5．2 实验过程

5．2．1 近红外光致发光钛酸钙纳米纤维的制备

5．2．2 模拟体液的配制

5．2．3 近红外光致发光钛酸钙纳米纤维的药物装载和释放

5．2．4 体外细胞毒性试验

5．2．5 近红外光致发光钛酸钙纳米纤维的表征

5．3 实验结果和分析

5．3．1 近红外光致发光钛酸钙纳米纤维的结构和形貌

5．3．2 细胞相容性

5．3．3 近红外光致发光钛酸钙纳米纤维的药物装载

5．3．4 光示踪药物释放动力学

5．4 本章小结

第六章 结论与展望

参考文献

致谢

个人简历

攻读学位期间发表的学术论文