环糊精多孔纳米囊的制备和应用

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21世纪,可再生的生物质资源研究与开发已成为国际前沿的领域。生物质来源于一切直接或间接利用绿色植物光合作用形成的有机物质,是地球上取之不尽用之不竭的可再生资源,包括除化石燃料外的植物动物和微生物及其排泄与代谢物等。美国能源部预计到2020年,来源于植物科可再生资源的基本化学结构材料将占有10%的市场份额,到2050年预计生物质材料将不断增长,代替现有的石油材料并进入日常生活。环糊精是研究最为广泛的生物质之一。基于环糊精的多孔纳米囊,具有良好的生物相容性、主客体包结能力、控释性能、识别能力、稳定性和化学可调性等,在药物运载体系、污染物吸附、气体储存、食品加工、化妆品、化学分离与分析等领域,具有潜在的工业化生产和应用价值。本文通过化学交联,利用透析技术和超声波引发无皂乳液聚合技术,制备并表征了环糊精多孔纳米囊,对其在药物运载系统中的应用进行了初步的尝试,主要包括:  (1)选用β-环糊精作为构筑单元,在均相反应和常温的条件下,利用生物相容性良好的分子三(2-氨基乙基)胺,化学交联N,N-羰基二咪唑修饰的β-环糊精,即可制备环糊精多孔纳米囊。均相反应制备的环糊精多孔纳米囊的形貌不规则,进而采用利用透析技术,改变环糊精多孔纳米囊杂乱的形貌,最后得到形貌规则、分布均匀的环糊精多孔纳米囊。该方法绿色、简单且易操作。为了优化制备工艺,考察了交联剂用量、反应温度、反应时间和透析液的浓度对环糊精多孔纳米囊的产率和形貌的影响。利用FT-IR和X-射线衍射表征对其化学结构进行了表征,借助扫描电镜和动态光散射仪表征了其形貌和粒径分布,并利用苯酚-硫酸法测定其中环糊精的含量。结果表明,交联剂的用量和反应时间是影响环糊精多孔纳米囊产量和形貌最为明显的因素;环糊精多孔纳米囊球面圆整光滑,粒径分布范围100-400 nm,平均粒径为237±93 nm,并且将其分散水溶液放置两周后,平均粒径没有发生明显的变化,表现出较好的稳定性和分散性;环糊精多孔纳米囊中环糊精的质量分数为61%。  (2)选用β-环糊精作为构筑单元,利用超声波引发无皂乳液聚合技术,用生物相容性良好的分子乙二醇二缩水甘油醚,直接化学交联环糊精,即可制备形貌规则、均匀分布的环糊精多孔纳米囊。该方法简单易行,一步反应,绿色环保。为了优化制备工艺,考察了交联剂用量、NaOH水溶液的浓度、反应时间、环糊精浓度和超声功率对环糊精多孔纳米囊的产率和形貌的影响。利用FT-IR和X-射线衍射表征对环糊精多孔纳米囊的化学结构进行了表征,借助扫描电镜和动态光散射仪表征了环糊精多孔纳米囊的形貌和粒径分布,并利用苯酚-硫酸法测定其中环糊精的含量。结果表明,交联剂的用量、反应时间、环糊精浓度和超声功率是影响环糊精多孔纳米囊产量和形貌最为明显的因素;环糊精多孔纳米囊球面圆整光滑,粒径分布范围100-600 nm,平均粒径为350±180 nm,且其分散水溶液在放置一个月后,平均粒径没有发生明显的变化,表现出较好的稳定性和分散性;环糊精多孔纳米囊中环糊精的质量分数较高为68%。  (3)我们初步尝试了将环糊精多孔纳米囊应用于药物运载系统中。吖啶红分子的大小与β-环糊精的空腔尺寸比较匹配,因此选用吖啶红作为药物模型分子研究环糊精多孔纳米囊的载药和释放性能。结果表明,环糊精多孔纳米囊与吖啶红的投料比和负载时间这两个因素对环糊精多孔纳米囊的载药量与包封率有明显影响;当环糊精多孔纳米囊与吖啶红的投料比为4∶1、负载时间为24 h时,载药量达到最大值为9.8±0.2%,包封率为40.2±0.8%;在体外释放实验中,环糊精多孔纳米囊释放出去的吖啶红的量在24 h达到最大为82.3±0.2%。环糊精多孔纳米囊在载药与控释方面具有良好的应用前景和价值。
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