不同物性聚苯乙烯粒子的制备及其对生物学效应的影响

摘要

随着现代工业技术及医药技术的快速发展，高附加值产品的市场需求对产品材料微观特性的要求也越来越高，在该类产品中单分散多孔聚苯乙烯类微球的应用地位日益凸显。
　　 本论文发展了以微孔膜乳化法结合悬浮聚合法制备单分散聚苯乙烯类纳微球的新型制备工艺路线。该技术路线的具体工艺是:将单体、引发剂和致孔剂混合形成油相，以聚乙烯醇水溶液为水相。首先在机械搅拌下将油水相混合成预乳液;然后将预乳液倒入快速膜乳化器中，在一定高压力下将预乳液快速压过膜孔径而形成较均一的乳液;此后将该形成的乳液作为预乳液再次进行膜乳化操作，如此循环操作3-5次后即可形成均一的乳液;最后根据实验所需对乳滴进行悬浮聚合处理后得到均一的纳微球产品。本论文围绕纳微球粒径均一性和孔结构的调控，对悬浮聚合中微球成孔的过程机理展开了深入研究;在此基础上制备出粒径均一、结构可控的聚苯乙烯纳微球。实验中获取的快速乳化操作工艺、纳微球结构调控理论等为其他聚合物纳微球产品的制备及设计提供了理论指导依据。
　　 自然界生物的千姿百态引发了我们对纳微医药粒子自身物理性质的关注。虽然纳微粒子性质（如大小、形状和电荷性质）对生物学效应的影响已引起广泛关注，但是目前对于纳微粒子孔径对生物学效应的研究还很少。本论文对这一全新的领域进行了探索，以已制备出的粒径均一、结构可控的聚苯乙烯纳微球为模型粒子，研究了粒子孔径对巨噬细胞生物学效应的影响规律，为高生物利用度医药载体的设计与构建提供了新策略。本论文的主要研究工作如下:
　　 1、聚苯乙烯纳微球快速膜乳化制备工艺的开发
　　 本论文以苯乙烯(ST)为单体，二乙烯基苯(DVB)为交联剂，采用快速膜乳化法成功制备出了粒径均一、可控的聚苯乙烯(PS)纳微球并对乳化压力、乳化次数、膜孔径等参数对纳微球的粒径及其均一性的影响进行了表征。结果表明，对于苯乙烯体系，纳微球粒径与所用膜孔径呈线性关系，而最佳乳化压力与膜孔径呈反函数的关系。优化工艺下，粒子粒径在700nm～6μm间可控，粒径均一性分布系数(Span)均在0.8以下，批次间相对标准偏差均在3％以内，每种粒径粒子的制备工艺稳定。
　　 2、聚苯乙烯纳微粒子的结构控制
　　 在快速膜乳化技术制备均一聚苯乙烯粒子的基础上，进一步考察了致孔剂种类及用量对小粒径粒子形态结构的调控规律。与数十微米的大粒径粒子相比，体积效应对小粒径粒子的成型结构影响较大，粒径越小，粒子成型时致孔剂与聚合物间的相分离程度越低。当粒子粒径＜2μm时，液体石蜡无法形成完整粒子;粒子粒径＞2μm时，十六烷用量在60％以下才能形成大孔结构。并利用原子力显微镜和石英晶体微天平技术分析了致孔剂与聚合物的相互作用情况（将结论写在此处）。在此部分工作中，制备出粒子粒径在700 nm-7μm，孔径在7-200 nm间的一系列聚苯乙烯纳微粒子。
　　 3、粒子孔径对巨噬细胞生物学效应的影响
　　 选取粒径分别为700 nm、1.7μm，孔径为7-200nm的聚苯乙烯纳微粒子为模型粒子，以巨噬细胞J774.1为模型细胞，研究了粒子粒径及孔径对巨噬细胞吞噬能力、内化机制、胞内运输等方面的影响。结果表明，与多孔粒子相比，实心粒子更容易被细胞大量而快速地摄取。在内吞过程中，大孔粒子要消耗更多的能量，细胞需要更多的变形程度。细胞肌动蛋白介导的内吞、微管运动和细胞骨架重排的吞噬作用是巨噬细胞摄取所有多孔粒子的重要途径。因此，具有较小孔径的纳微粒子用作疫苗佐剂时具有更多的潜在优势。

目录

声明

学位论文数据集

摘要

第一章 文献综述

1．1 聚苯乙烯微球的制备技术

1．1．1 乳液聚合法

1．1．2 悬浮聚合法

1．1．3 沉淀聚合和分散聚合

1．1．4 种子溶胀聚合法

1．1．5 微孔膜乳化法

1．1．6 聚苯乙烯微球制备方法的比较

1．2 聚苯乙烯微球的成孔原理

1．2．1 惰性溶剂致孔

1．2．2 线性高分子致孔

1．2．3 高内相乳液致孔法

1．2．4 反胶束溶胀致孔

1．2．5 固体颗粒致孔

1．2．6 后交联致孔

1．2．7 致孔方法的比较

1．3 粒子物性对生物学效应的影响

1．3．1 巨噬细胞的生物学功能简介

1．3．2 粒径大小对生物学效应的影响

1．3．3 粒子表面性质对生物学效应的影响

1．3．4 粒子形状对生物学效应的影响

1．3．5 粒子的其他物性对生物学效应的影响

1．4 立题依据和目标

1．4．1 论文立题依据

1．4．2 论文工作目标及策略

第二章 不同粒径的聚苯乙烯实心纳微粒子的工艺优化

2．1 引言

2．2 实验方法

2．2．1 实验仪器和材料

2．2．2 聚苯乙烯纳微球的制备

2．2．3 微球粒径分布的测定

2．2．4 微球的表面形貌表征

2．3 结果与讨论

2．3．1 膜孔径为1．4μm的膜管的最佳乳化压力的考察

2．3．2 膜孔径为2．8μm的膜管的最佳乳化压力

2．3．3 膜孔径为5．2μm的膜管的最佳乳化压力

2．3．4 膜孔径为9．2μm的膜管的最佳乳化压力

2．3．5 膜孔径为1．0μm的膜管的最佳乳化压力

2．3．6 乳化次数对微球粒径的影响

2．3．7 优化条件下产品重复性的考察

2．3．8 膜孔径对最佳乳化压力、微球粒径的影响

2．4 本章小结

第三章 不同结构的聚苯乙烯纳微粒子的制备

3．1 引言

3．2 实验部分

3．2．1 实验仪器和材料

3．2．2 聚苯乙烯微球的制备

3．2．3 微球粒径分布的测定

3．2．4 微球的表面形貌表征

3．2．5 微球孔道结构表征

3．2．6 致孔剂的种类与聚苯乙烯间相互作用行为的差异检测

3．2．7 原子力技术对PS膜表面粗糙度的检测

3．3 结果与讨论

3．3．1 使用膜孔径为1．4μm的膜管制备不同结构的PS纳微粒子

3．3．2 使用膜孔径为2．8μm的膜管制备不同结构的PS纳微粒子

3．3．3 使用膜孔径为5．2μm的膜管制备不同结构的PS纳微粒子

3．3．4 使用膜孔径为9．2μm的膜管制备不同结构的PS纳微粒子

3．3．5 使用膜孔径为1．0μm的膜管制备不同结构的PS纳微粒子

3．3．6 石英晶体微天平表征

3．3．7 利用原子力显微镜对制孔体系机理的分析

3．4 本章小结

第四章 粒子孔径对生物学效应的影响

4．1 引言

4．2 实验方法

4．2．1 实验材料

4．2．2 实验仪器

4．2．3 细胞培养

4．2．4 聚苯乙烯微球的细胞毒性检测

4．2．5 细胞内吞的流式(FACS)检测

4．2．6 细胞内吞的激光扫描共聚焦(CLSM)成像

4．2．7 透射电镜(TEM)观察

4．2．8 扫描电子显微镜(SEM)成像

4．3 结果与讨论

4．3．1 聚苯乙烯粒子对细胞活性的影响

4．3．2 不同粒径及孔径的PS纳微粒子的内吞动力学考察

4．3．3 700nm大孔粒子内吞延滞性分析

4．3．4 不同孔径粒子的能量依赖性

4．3．5 细胞摄取五种不同孔径粒子的机制

4．3．6 巨噬细胞内吞粒子行为的表征

4．4 本章小结

第五章 结论与创新

5．1 主要结论

5．2 主要创新点

参考文献

致谢

攻读硕士期间的研究成果

作者和导师