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壳交联的两亲性壳聚糖衍生物纳米胶束研究

壳交联的两亲性壳聚糖衍生物纳米胶束研究. 院系： 化学与化学工程学院 专业： 材料化学 答辩人： 麦志远 指导老师： 杨立群 副教授. 2010.6.5. 研究背景. 在虾蟹壳中提取. 甲壳素（ (1-4)-2- 乙酰胺基 -2- 脱氧 - β - D - 葡萄糖 ）的 N – 脱乙酰基的产物 自然界第二大多糖，含量丰富. 壳聚糖（ Chitosan ）. 选题意义. 壳聚糖及其衍生物的优点： 1. 资源丰富、可生物降解的天然聚合物 2. 生物相容性好、无毒性 3. 抗菌性、抗微生物性、促进伤口的愈合

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壳交联的两亲性壳聚糖衍生物纳米胶束研究

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Presentation Transcript

  1. 壳交联的两亲性壳聚糖衍生物纳米胶束研究 院系：化学与化学工程学院 专业：材料化学 答辩人： 麦志远 指导老师：杨立群 副教授 2010.6.5

  2. 研究背景 在虾蟹壳中提取 甲壳素（(1-4)-2-乙酰胺基-2-脱氧-β-D-葡萄糖 ）的N–脱乙酰基的产物 自然界第二大多糖，含量丰富 壳聚糖（Chitosan）

  3. 选题意义 壳聚糖及其衍生物的优点： 1.资源丰富、可生物降解的天然聚合物 2.生物相容性好、无毒性 3.抗菌性、抗微生物性、促进伤口的愈合 4.对重金属离子的螯合性、抗病毒性、抗癌性 广泛应用于生物医学和药物制剂领域

  4. 国内外研究现状 两亲性壳聚糖： 在水介质中，两亲性壳聚糖的疏水基团聚集形成一些疏水性微区，而多糖分子主链发生卷曲形成包裹疏水结构域的亲水外壳，最终自组装形成多核结构的纳米胶束 1) 自组装 2) 水溶液 纳米胶束 两亲性壳聚糖

  5. 与曲安耐德自组装 水溶液 纳米载药胶束 制备载药胶束 纳米载药胶束是由两亲性聚合物组成， 在水性环境中起疏水基团凝聚成内核并被亲 水性链段构成的栅栏所包围。聚合物胶束具 有独特的核壳结构，容易包封疏水性药物， 使难溶性疏水药物溶于水中。

  6. 物理交联(疏水作用力、 氢键及静电力作用)的纳米胶束两亲性壳聚糖衍生物的稳定性不高，受外界条件（如pH、温度、溶菌酶等）影响容易解体，从而降低了药物释放稳定性，影响药物疗效。 因此制备结构致密的交联载药纳米胶束有十分重要的意义。 交联剂 交联剂?? 纳米载药胶束 交联的纳米载药胶束

  7. 京尼平是传统中药杜仲的活性成分之一，是从京尼平甙中分离 提纯而获得 的，它是环烯醚萜类杂环化合物，具有-OH，-COO-等多个活性官能团，很好的氨基交联剂。 与传统的交联剂相比，京尼平的优点有： 1、细胞毒性低 2、生物相容性好 3、交联后稳定性好

  8. 研究方案思路 Genipin DC Chitosan Chit-DC Chit-DC-Gep 以生物相容性较好的脱氧胆酸(DC)为疏水性单体，合成含脱氧胆酸基的两亲性壳聚糖衍生物（Chit-DC），并利用生物相容性好、可降解的京尼平(Genipin)为交联剂，进一步将Chit-DC胶束交联为壳交联脱氧胆酸壳聚糖京尼平（Chit-DC-Gep）；对壳交联两亲性壳聚糖衍生物和未交联前的两亲性壳聚糖衍生物进行性能比较研究，对壳交联两亲性壳聚糖衍生物进行评价

  9. 课题创新点 1.合成疏水基为脱氧胆酸的壳聚糖纳米载药胶束 2.合成水介质稳定的壳交联脱氧胆酸基壳聚糖纳米载药胶束 3.研究了脱氧胆酸壳聚糖胶束和壳交联脱氧胆酸壳聚糖胶束的荧光现象，分析交联前后的荧光变化 4.研究了交联前后胶束粒径变化及药物体外释放行为

  10. + EDC 1-乙基-(3-二甲基氨基丙基)碳二亚胺盐酸盐 DC 脱氧胆酸 active intermediate 活性中间体 Chitosan 壳聚糖 active intermediate 活性中间体 Chit-DC 脱氧胆酸壳聚糖 实验过程 利用EDC偶联反应，由壳聚糖和脱氧胆酸合成脱氧胆酸壳聚糖 + * 实验方案步骤参考课题组程良正的硕士毕业论文

  11. 1707.6cm-1 1597.3cm-1 伯胺基（-NH2） 1568.7cm-1 酰胺Ⅱ峰（-C-N-H） Wavenumber/cm-1 Chit-DC的FTIR表征

  12. 壳交联脱氧胆酸壳聚糖的制备过程 Genipin Chit-DC Chit-DC-Gep 称取0.08g的Chit-DC置于200mL圆底烧瓶中，加入100mL水于常温搅拌2h使Chit-DC溶解，此时Chit-DC的浓度为0.8mg/mL。放置约2天，期间间断搅拌3-5min，得到清亮溶液。然后用滤布将溶液过滤，所得到的滤液在快速搅拌下慢慢滴加浓度为11.24mg/mL的京尼平水溶液，各反应物的加入量列于表中，滴加速率为1~2滴/min，滴加完后停止搅拌，于室温下放置继续反应至结束。

  13. 京尼平交联脱氧胆酸壳聚糖的反应机理 在反应机理(1)中，京尼平上的烯碳原子受到氨基的亲核攻击，开环形成杂环胺化合物；在反应机理(2)中，京尼平发生了SN2亲核取代反应，即京尼平上的酯基团与氨基反应生成酰胺，同时释放出甲醇，从而产生交联作用。

  14. Chit-DC-Gep的紫外分析 没有吸收峰 240nm有一个 特征吸收峰

  15. Chit-DC-Gep的紫外分析 在不同反应时间取1mL反应溶液，用10mL蒸馏水稀释10倍后测定其紫外吸收光谱。测试溶液浓度为8×10-5g/mL，扫描范围是200~800nm。 240nm 240nm 286nm 604nm 604nm 286nm 图a Chit-DC-GepⅠ的UV-vis谱图 (NGlc-NH2 / NGenipin = 1/0.1) 图b Chit-DC-GepⅡ的UV-vis谱图 (NGlc-NH2 / NGenipin = 1/0.5)

  16. 240nm 286nm 604nm 604nm 286nm 图c Chit-DC-GepⅢ的UV-vis谱图 (NGlc-NH2 / NGenipin = 1/1) 图d Chit-DC-GepⅣ的UV-vis谱图 (NGlc-NH2 / NGenipin = 1/2) Chit-DC-Gep的紫外分析 286nm--京尼平与氨基化合物反应形成了杂环胺化合物，604nm—交联形成较大的共轭基团而产生。

  17. （D） (A) Chit-DC-GepⅠ(NGlc-NH2 / NGenipin = 1/0.1)， (B) Chit-DC-GepⅡ(NGlc-NH2 / NGenipin = 1/0.1) (C) Chit-DC-GepⅢ(NGlc-NH2 / NGenipin = 1/0.1)，(D) Chit-DC-GepⅣ(NGlc-NH2 / NGenipin = 1/0.1) Chit-DC-Gep的紫外分析

  18. Chit-DC-Gep的紫外分析

  19. Chit-DC-Gep的紫外分析 Chit-DC胶束达到壳交联反应平衡的时间 随着京尼平交联剂用量的增加，壳交联反应达到平衡的时间逐渐缩短 。

  20. wavenumber/nm-1 Chit-DC-Gep的FTIR分析 京尼平 羰基C=O伸缩振动 1675cm-1 -C-O-C-基团的伸缩振动 1107cm-1 Chit-DC Chit-DC-GepⅠ 氨基特征吸收 1577cm-1 Chit-DC-GepⅡ Chit-DC-GepⅢ Chit-DC-GepⅣ 氨基振动吸收 1626cm-1

  21. 京尼平 Chit-DC Chit-DC-GepⅡ nChit-DC : nGenipin =1:0.5 Chit-DC-GepⅠ nChit-DC : nGenipin =1:0.1 2 theta Chit-DC-Gep的XRD分析 京尼平是一种结晶程度很高的化合物，而脱氧胆酸壳聚糖和Chit-DC-Gep都没有出现结晶峰，是无定形态的高分子聚合物。京尼平与Chit-DC发生交联反应后，由于及化学结构发生了变化，从而引起其晶体结构也发生了相应的改变。 杂质引起的

  22. (b) (a) (d) (c) 动态光散射分析 (a) Chit-DC-GepⅠ水溶液，(b) Chit-DC-GepⅡ，(c) Chit-DC-GepⅢ，(d) Chit-DC-GepⅣ

  23. 动态光散射分析 Chit-DC胶束交联前后的流体力学直径 随着京尼平的加入量增加，Chit-DC-Gep胶束的Dh逐渐减小，表明交联后Chit-DC胶束的水合体积发生了收缩。可以推测这是由于交联程度的增加使Chit-DC-Gep胶束的壳表面收缩，核壳变得更加紧密，从而使Dh减小。

  24. 500nm a b 500nm TEM分析 (a) Chit-DC胶束, (b) Chit-DC-Gep胶束 粒径约500nm的球形粒子 约100-300nm的球形粒子 Chit-DC-Gep胶束的粒径发生了收缩，进一步证实京尼平与Chit-DC胶束发生了交联反应，从而使得Chit-DC的体积变小。

  25. Zeta电位分析 Chit-DC胶束交联前后的Zeta电位值 Chit-DC胶束交联后的Zeta电位值均增大，表明形成了热力学更加稳定的胶束体系， Chit-DC-Gep将能更长时间的稳定存在于水溶液中。另外，各中壳交联的胶束相比，随着京尼平加入量增加，交联度增大，Zeta电位值呈现增大的趋势。

  26. 荧光光谱分析 左图的发射狭缝为10nm,右图的发射狭缝为20nm 经过京尼平交联后，Chit-DC在约450 nm的荧光发射光谱峰消失，而Chit-DC-Gep在330nm至360nm范围出现了一个新的宽峰。因此，初步认为，Chit-DC被京尼平交联前后产生了荧光行为的变化，但不明显 。

  27. 体外释放实验 图2 负载灯盏花素的Chit-DC-Gep纳米胶束在PH6.2的PBS中的扩散释放曲线 图1 负载灯盏花素的Chit-DC纳米胶束在PH6.2的PBS中的扩散释放曲线 在相同释放时间内，交联后的纳米胶束内的灯盏花素药物释放率明显低于交联前的纳米胶束 ，表明交联后的纳米胶束有很好的药物缓释效果。

  28. 结论 • 合成出水溶性的含脱氧胆酸基的两亲性壳聚糖衍生物（Chit-DC），FTIR法证实脱氧胆酸与壳聚糖通过酰胺键发生偶联，脱氧胆酸基的取代度约为12%。 • 在水溶液中制备出Chit-DC胶束，以京尼平为交联剂，室温下合成出壳交联的Chit-DC胶束（Chit-DC-Gep）。通过UV-vis法、FTIR法和XRD法证实京尼平与Chit-DC胶束发生交联反应，并通过UV-vis法得出达到交联反应平衡的时间。 • 动态光散射的结果表明，Chit-DC-Gep胶束的流体力学直径随着京尼平的加入量增加而不断减小，说明Chit-DC胶束发生交联后的水合体积发生收缩。从TEM中也观察到Chit-DC-Gep胶束的体积发生收缩的现象，它们均呈球状粒子。 • Zeta电位电位分析的结果表明，Chit-DC胶束交联后的Zeta电位值均增大，说明形成了热力学更加稳定的胶束体系，将能更长时间的稳定存在于水溶液中。 • 荧光分析的结果表明，Chit-DC胶束和Chit-DC-Gep胶束均具有荧光现象，且Chit-DC被京尼平交联前后产生了荧光行为的变化。 • 体外释放实验表明，相同释放时间内，交联后的纳米胶束内的药物释放率明显低于交联前的纳米胶束 ，达到很好的药物缓释效果。

  29. 致谢 感谢我的导师杨立群副教授，感谢她悉心指导我的毕业论文，我在此表示由衷的敬意 ！ 感谢课题组张黎明，李玮和易菊珍三位尊敬的老师 ！ 感谢王丹师姐，杨彬、杨惠康、邓俊杰几位师兄以及曾弟、邓志斌、范济舟等同学为我的实验提供帮助！ 感谢家人给我的支持和关心！ 本研究课题得到了国家自然科学基金（批准号：20974130）、广东省科技计划项目（批准号：2009B020313001）以及高校基本科研业务费中山大学青年教师培育项目（批准号：09lgpy14）的资助

  30. 谢谢！

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