丝胶蛋白基环境敏感性互穿网络水凝胶及其在药物控释中的应用

摘要

天然蚕丝蛋白质主要包含丝胶蛋白和丝素蛋白两种组成，丝胶蛋白在蚕丝加工过程中大量废弃，是十分宝贵的天然蛋白质资源。研究表明丝胶蛋白具有生物相容性和生物活性等特性，可形成凝胶、膜、泡沫、纤维等应用性材料。为了充分利用丝胶蛋白的功能特性，本文主要以丝胶蛋白为原料，通过互穿网络的方法制备环境敏感性-智能型水凝胶。并对这种环境敏感性水凝胶作为蛋白药物载体，在药物控制释放体系中的应用作了一些有意义的工作。 首先通过同步互穿网络方法制备丝胶蛋白(SS)/聚(N-异丙基丙烯酰胺)(PNIPAAm)为组分的温度敏感性互穿网络(IPN)水凝胶。利用示差量热扫描(DSC)和傅立叶红外光谱(FTIR)分析IPN的相容性，水凝胶均表现为一个玻璃化转变温度(Tg)，表明SS与PNIPAAm具有一定的混容性，两者分子间氢键可能促进其混容性。 水凝胶的微观形态对其性能有很大的影响，因此利用透射电镜(TEM)和扫描电镜(SEM)对IPN的微观形态进行研究。TEM照片显示两组分之间存在微相分离，当SS含量为50 wt％时，相界模糊，相畴尺寸较小，互穿效果较好。溶胀状态水凝胶的SEM图片显示，水凝胶具有清晰的网络结构，孔壁厚度相差甚微，网孔尺寸随IPN水凝胶中SS含量增加而减小。DSC和热重分析(TGA)研究IPN的最低临界溶解温度(LCST)和热稳定性，LCST随SS含量的增加略有上升，同时SS的热稳定性随着PNIPAAm的加入而增加。 详细研究了SS/PNIPAAm水凝胶的动态溶胀行为，动态退溶胀行为和动态溶胀-退溶胀可逆行为，以及环境温度和溶胀介质pH值对于平衡溶胀度的影响。结果表明低于LCST，溶胀速率受到高分子链的松弛和水分子扩散的共同影响；温度高于LCST，溶胀速率则主要取决于高分子链的松弛。IPN水凝胶表现出良好的温度刺激响应性，在接近LCST附近，平衡溶胀度迅速降低，且PNIPAAm含量越高，其降低程度越明显。同时IPN水凝胶还具有pH值刺激响应性，平衡溶胀度在pH 4.4(接近SS的等电点)的介质中出现极小值，在pH 7.5的介质中平衡溶胀度相对也较小，是由于盐析效应造成的。平衡溶胀度随组分的不同而不同，因此可以通过改变IPN的组分来调控其溶胀度，以满足药物载体的要求。 用BSA作为模型药物，考察了SS/PNIPAAm IPN作为药物载体的药物释放行为。BSA在SS/PNIPAAm IPN水凝胶中的实际载药量小于理论载药量，载药量与IPN溶胀度和溶胀状态下网络中网孔的尺寸有关。相变温度前后，BSA从IPN中的释放具有相似的释放曲线，但释放速率及最终释放量有所不同。在释放初期，BSA的释放速度较快；随着时间的推移，BSA的释放比初始阶段有减弱的趋势，因此，整个曲线可分为前段释放区和缓释区两部分。LCST以下BSA的释放速率快于LCST之上的释放速率，实验结束时的释放量高。 为了增强SS对pH刺激的响应性，将聚甲基丙烯酸(PMAA)作为第二组分引入IPN，合成了具有pH敏感性水凝胶。利用FTIR表征SS/PMAA的结构，表明SS与PMAA之间形成氢键相互作用。SEM观察SS/PMAA IPN水凝胶pH 7.4介质中充分溶胀后的形态，显示出水凝胶具有多孔网状结构。详细研究SS/PMAA水凝胶在去离子水和不同pH介质中的动态溶胀行为以及水凝胶对pH刺激的响应性。研究发现水凝胶在去离子水中溶胀迅速，主要由水分子扩散控制。IPN水凝胶具有强烈的pH刺激响应性，最大平衡溶胀度出现在碱性条件下，并且随介质pH的转变呈可逆溶胀-退溶胀性能，IPN的退溶胀速率比纯PMAA的快。可以通过改变IPN的组分来调控其pH刺激响应性。 最后研究了BSA在SS/PMAA IPN水凝胶中的控制释放行为。研究表明BSA在IPN水凝胶中的实际载药量高于理论载药量，载药量与凝胶的溶胀度相关。药物释放行为具有pH刺激响应性，在pH 2.6介质中，BSA出现暴释，随后释放量基本不变；pH 7.4介质中，释放初期BSA释放速度较快，之后缓慢释放，pH 7.4中的释放量要高于pH 2.6。 因此，含丝胶蛋白环境敏感性水凝胶有望作为药物控制释放的载体得到应用。

目录

文摘

英文文摘

第一章绪论

第二章实验部分

第三章温度敏感性SS/PNIPAAm IPN水凝胶的结构与性能

第四章温度敏感性SS/PNIPAAm IPN水凝胶溶胀行为研究

第五章温度敏感性SS/PNIPAAm IPN水凝胶释药行为研究

第六章pH敏感性SS/PMAAIPN水凝胶作为蛋白控释载体的初步研究

第七章总结

参考文献

致谢

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