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功能性生物可降解聚碳酸酯的设计合成

作　者: 陈维
导　师: 钟志远
学　校: 苏州大学
专　业: 应用化学
关键词: pH敏感生物可降解聚碳酸酯胶束囊泡抗癌药物药物释放开环聚合功能高分子 Michael加成生物组织工程
分类号: TQ323.41
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要

生物可降解脂肪族聚碳酸酯是生物医用材料的一个重要组成部分。它是一类表面溶蚀材料,可经水解、酶解或细菌降解为中性的二元醇(酚)和二氧化碳。生物可降解聚碳酸酯具有良好的生物相容性和物理机械性能,而且种类繁多,通过改变主链化学结构和引入侧链功能基团可以使高分子材料具有广泛的物理,化学和生物学性质,以满足不同需要。论文第一章对生物可降解脂肪族聚碳酸酯的种类、结构、合成方法及应用作了简要概述。论文第二章讲述了基于酸敏感聚碳酸酯的两亲性聚合物自组装形成具有pH响应性的生物可降解胶束。通过两步合成法成功制备得到两种新型的环状脂肪族碳酸酯单体,即2,4,6-三甲氧基苯甲缩醛季戊四醇碳酸酯(TMBPEC, 2a)和对甲氧基苯甲缩醛季戊四醇碳酸酯(MBPEC, 2b)。以甲氧基PEG为引发剂,双(双三甲基硅基)胺锌为催化剂,在CH2Cl2中50℃下通过开环聚合2a和2b,分别合成得到分子量分布较窄(PDI:1.03-1.04)的共聚物PEG-PTMBPEC(3a)和PEG-PMBPEC(3b)。DLS和TEM测试表明该两亲性共聚物自组装形成150 nm左右的胶束。胶束3a疏水链段侧链缩醛的水解速率显示出优异的pH响应性,胶束在pH7.4下比较稳定,但在pH4.0和5.0条件下,水解半衰期分别为1小时和6.5小时。胶束3a能以较高的包封率装载紫杉醇(65 %)和多柔比星(60 %)抗癌药物(载药量分别为:13.0和11.7 wt%),并在体外释放实验中呈现出明显的pH响应性。论文第三章讲述了基于酸敏感的两亲性共聚物PEG-PTMBPEC自组装形成具有pH响应性的生物可降解囊泡作为亲水和疏水抗癌药物载体,并比较了囊泡和胶束的药物包裹和释放行为。DLS和TEM测试结果表明聚合物PEG1.9k-PTMBPEC6.0k形成的囊泡平均粒径为100-200 nm。PEG1.9k-PTMBPEC6.0k囊泡和PEG5k-PTMBPEC5.8k胶束缩醛的水解速率接近,都呈现出明显的pH响应性。聚合物囊泡能同时包封疏水药物紫杉醇和亲水药物多柔比星盐酸盐(包封率分别为:61.4-65.2%和30.0-37.7%),而聚合物胶束只能单独装载疏水药物。在体外释放实验中,囊泡对亲水和疏水药物的释放显示出优异的pH响应性。在相同条件下,囊泡释放疏水药物紫杉醇的速率明显快于胶束。论文第四章讲述了基于(甲基)丙烯酸酯环状碳酸酯单体,结合开环聚合和Michael加成反应,合成了不同性能的功能性生物可降解材料。通过四步合成法成功制备得到(甲基)丙烯酸酯环状碳酸酯单体,总产率约为40%。(甲基)丙烯酸酯环状碳酸酯单体和己内酯或丙交酯的开环共聚以异丙醇为引发剂、辛酸亚锡为催化剂、在甲苯110℃下进行。结果表明合成的共聚物的分子量和功能基团的含量都可方便得到控制。聚合物侧链丙烯酸酯双键和巯基类分子(如:巯基乙醇、巯基丙酸、半胱胺、半胱氨酸和RGDC多肽等)可在温和反应条件下通过Michael加成进行修饰改性。其中,巯基乙醇、半胱胺和半胱氨酸的功能化程度接近100%。初步细胞实验发现用RGD修饰改性的聚合物膜表面具有较好的细胞粘附性。

全文目录

中文摘要  4-6
Abstract  6-12
第一章文献综述  12-46
  1.1 前言  12-13
  1.2 生物可降解脂肪族聚碳酸酯的结构与种类  13-18
    1.2.1 聚亚乙基碳酸酯（PEC）  14
    1.2.2 聚三亚甲基碳酸酯（PTMC）  14-15
    1.2.3 侧链含取代基的脂肪族聚碳酸酯  15-18
  1.3 生物可降解聚碳酸酯的合成  18-23
    1.3.1 环氧化合物与二氧化碳的加成聚合  18
    1.3.2 缩合聚合  18-19
    1.3.3 环状碳酸酯的开环聚合  19-23
      1.3.3.1 阳离子开环聚合  19-20
      1.3.3.2 阴离子开环聚合  20-21
      1.3.3.3 配位聚合  21-22
      1.3.3.4 酶催化开环聚合  22-23
  1.4 生物可降解聚碳酸酯共聚物的研究  23-25
    1.4.1 聚（酯-碳酸酯）  23-24
    1.4.2 聚（乙二醇-碳酸酯）  24
    1.4.3 聚（碳酸酯-碳酸酯）  24-25
    1.4.4 其他聚碳酸酯共聚物  25
  1.5 生物可降解聚碳酸酯的生物医学应用  25-28
    1.5.1 外科手术缝合线  25
    1.5.2 组织工程支架材料  25-26
    1.5.3 药物释放载体  26-27
    1.5.4 基因载体  27-28
  1.6 论文的选题思路与主要研究内容  28-29
  参考文献  29-46
第二章基于酸敏感聚碳酸酯的生物可降解胶束的制备与pH 触发药物释放  46-70
  2.1 引言  46-47
  2.2 实验部分  47-51
    2.2.1 试剂与仪器  47-48
    2.2.2 2,4,6-三甲氧基苯甲缩醛季戊四醇二醇（1a）的合成  48
    2.2.3 对甲氧基苯甲缩醛季戊四醇二醇(1b)的合成  48
    2.2.4 2,4,6-三甲氧基苯甲缩醛季戊四醇碳酸酯单体(TMBPEC, 2a)和对甲氧基苯甲缩醛季戊四醇碳酸酯单体(MBPEC, 2b)的合成  48-49
    2.2.5 两亲性嵌段共聚物的合成  49
    2.2.6 两亲性嵌段共聚物PEG-P(TMBPEC-co-DLLA)的合成  49-50
    2.2.7 胶束的形成和临界胶束浓度的测定  50
    2.2.8 缩醛水解速率的测定  50
    2.2.9 共聚焦激光扫描显微镜（CLSM）测试  50
    2.2.10 尼罗红的包封与释放  50-51
    2.2.11 紫杉醇（PTX）和多柔比星（DOX）药物的包封与释放  51
  2.3 结果与讨论  51-65
    2.3.1 环状碳酸酯单体的合成  52-54
    2.3.2 聚（乙二醇-聚碳酸酯）两亲性共聚物的合成  54-57
    2.3.3 胶束的形成与pH 响应的水解  57-62
    2.3.4 尼罗红、PTX 和DOX 的包封与释放  62-65
  2.4 本章小结  65
  参考文献  65-70
第三章具有pH 响应性的生物可降解囊泡用于亲水和疏水抗癌药物的释放  70-89
  3.1 引言  70-72
  3.2 实验部分  72-76
    3.2.1 试剂与仪器  72
    3.2.2 两亲性嵌段聚合物PEG-PTMBPEC 的合成  72-73
    3.2.3 囊泡与胶束的制备  73
    3.2.4 共聚焦激光扫描显微镜（CLSM）测试  73
    3.2.5 聚合物的细胞毒性测试  73-74
    3.2.6 聚合物囊泡与胶束中缩醛水解速率的测定  74
    3.2.7 PTX 的包封与释放  74-75
    3.2.8 DOX·HCl 的包封与释放  75
    3.2.9 PTX 和DOX·HCl 的同时包封与释放  75-76
  3.3 结果与讨论  76-84
    3.3.1 两亲性嵌段共聚物PEG-PTMBPEC 的设计与合成  76-77
    3.3.2 囊泡的形成与细胞毒性测试  77-79
    3.3.3 聚合物囊泡和胶束中缩醛水解速率的测定  79-81
    3.3.4 PTX 和DOX·HCl 的包封与pH 触发式释放  81-84
  3.4 本章小结  84
  参考文献  84-89
第四章基于丙烯酸酯环状碳酸酯单体的功能性生物可降解高分子材料的合成：有机结合开环聚合和Michael 加成反应  89-110
  4.1 引言  89-90
  4.2 实验部分  90-94
    4.2.1 试剂与仪器  90-91
    4.2.2 丙烯酸酯环状碳酸酯单体（AC）与甲基丙烯酸酯环状碳酸酯单体（MAC）的合成  91-92
    4.2.3 开环共聚  92
    4.2.4 Michael 加成反应的后聚合修饰  92-93
    4.2.5 功能性聚合物薄膜的制备和接触角的测量  93-94
    4.2.6 细胞培养  94
  4.3 结果与讨论  94-103
    4.3.1 丙烯酸酯环状碳酸酯单体（AC）和甲基丙烯酸酯环状碳酸酯单体（MAC）的合成  94-95
    4.3.2 含有（甲基）丙烯酸酯功能性基团的生物可降解共聚物的合成  95-99
    4.3.3 Michael 加成后聚合修饰改性  99-100
    4.3.4 功能性生物可降解聚合物薄膜  100-103
  4.4 本章小结  103
  参考文献  103-110
第五章结论与展望  110-112
  5.1 结论  110-111
  5.2 展望  111-112
攻读学位期间本人出版或公开发表的论著、论文  112-113
致谢  113-114

功能性生物可降解聚碳酸酯的设计合成

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