超声响应聚合物囊泡的制备及其性能研究

硕士学位论文超声响应聚合物囊泡的制备及其性能研究姓名：陈文钦学号：1131562所在院系：材料科学与工程学科门类：工科学科专业：材料学指导教师：杜建忠二〇一肆年三月AdissertationsubmittedtoTongjiUniversityinconformitywiththerequirementsforthedegreeofMasterofPhilosophyPreparationandcharacterizationofultrasoundresponsivepolymervesiclesCandidate:ChenWenqinStudentNumber:1131562School/Department:SchoolofMaterialsScienceandEngineeringDiscipline:EngineeringMajor:MaterialsScienceSupervisor:Prof.JianzhongDuMarch,2014超声响应聚合物囊泡的制备及其性能研究陈文钦同济大学学位论文版权使用授权书本人完全了解同济大学关于收集、保存、使用学位论文的规定，同意如下各项内容：按照学校要求提交学位论文的印刷本和电子版本；学校有权保存学位论文的印刷本和电子版，并采用影印、缩印、扫描、数字化或其它手段保存论文；学校有权提供目录检索以及提供本学位论文全文或者部分的阅览服务；学校有权按有关规定向国家有关部门或者机构送交论文的复印件和电子版；在不以赢利为目的的前提下，学校可以适当复制论文的部分或全部内容用于学术活动。学位论文作者签名：年月日同济大学学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师指导下，进行研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本学位论文的研究成果不包含任何他人创作的、已公开发表或者没有公开发表的作品的内容。对本论文所涉及的研究工作做出贡献的其他个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本学位论文原创性声明的法律责任由本人承担。学位论文作者签名：年月日同济大学硕士学位论文摘要I摘要智能聚合物囊泡作为药物载体在治疗癌症等方面有着广泛的应用前景。然而，由于外界刺激方式（温度、光照、氧化还原性等）的种种局限，目前的刺激响应性聚合物囊泡很难满足临床应用的要求。超声在造影成像、结合化疗治疗肿瘤等的临床应用方面已相对成熟。目前已报道的超声触发药物释放的载体有微乳液、脂质体囊泡、聚合物胶束和多层微胶囊等。然而超声响应性的聚合物囊泡则还没有相关的文献报道。因此，结合超声应用和肿瘤低pH值特性，我们首次设计合成了一种具有超声和pH双重响应的聚合物囊泡。首先采用原子转移自由基聚合（ATRP）合成了聚氧乙烯-嵌段-聚（甲基丙烯酸二乙氨基乙酯-无规-甲基丙烯酸四氢呋喃羟乙脂）（PEO-b-P(DEA-stat-TMA)）。作为对照，我们还合成了pH响应聚合物：聚乙烯醇-嵌段-聚甲基丙烯酸(2-二乙胺基)乙酯(PEO-b-PDEA)和超声响应聚合物：聚乙烯醇-嵌段-聚甲基丙烯酸(2-四氢呋喃)羟乙酯(PEO-b-PTMA)。核磁共振氢谱（1HNMR）和凝胶渗透色谱（GPC）研究证明了聚合物的成功合成。这些两亲性嵌段共聚物能够在水/四氢呋喃的混合溶剂中自组装形成聚合物囊泡。亲水的PEO链段形成聚合物囊泡的内外晕，使得聚合物囊泡有较强的增溶能力。疏水的PDEA、PTMA和P(DEA-stat-TMA)链段则形成聚合物囊泡的双层相互穿插的膜结构，使囊泡具有较好的牢固性和稳定性。动态光散射（DLS）及透射电子显微镜（TEM）研究表明，聚合物PEO-b-P(DEA-stat-TMA)自组装形成的囊泡具有超声和pH双重响应性；而聚合物PEO-b-PDEA和聚合物PEO-b-PTMA囊泡则分别只具有pH和超声响应性。溶血试验和细胞毒性试验确定了超声和pH双重响应性聚合物囊泡具有良好血红细胞相容性且无细胞毒性的浓度范围为13.5-250μg/mL。载药试验、肝癌细胞活性试验和体外药物释放试验证实这种具有超声和pH双重响应性的聚合物囊泡有较好的载药能力、在浓度范围为41.8-250μg/mL时有很好的抑制和杀伤肝癌细胞的能力。药物释放实验表明，该聚合物囊泡可用作药物载体，通过改变超声作用时间或环境的pH值，可以实现药物的可控释放。关键词：超声和pH双重响应，聚合物囊泡，细胞毒性，可控释放TongjiUniversityMasterofPhilosophyAbstractIIABSTRACTRecently,smartpolymervesicleshaveattractedincreasinginterestduetotheirendlesspotentialapplicationssuchastunabledeliveryvehiclesforthetreatmentofdegenerativediseases.However,theevolutionofstimuli-responsivevesiclesfrombenchtobedsidestillseemsfarawayforthelimitationsofcurrentstimuliformssuchastemperature,light,redox,etc.Ultrasoundhasbeenwidelyusedinmolecularimaging,drugdelivery,diagnosisandtreatment.Recently,ultrasoundtriggereddrugreleasefrommicroemulsions,polymermicelles,liposomesandmultilayeredcapsuleshavebeenreported.However,polymervesiclesthatareresponsivetoultrasoundstillremainunexploitedindrugdelivery.SinceultrasoundcombinedwithchemotherapyhasbeenwidelyusedintumortreatmentandthepHintumortissuesisrelativelylow,wedesignedhereinanovelpolymervesiclethatrespondtobothphysical(ultrasound)andchemical(pH)stimulibasedonanewPEO-b-P(DEA-stat-TMA)blockcopolymer,wherePEOistheabbreviationforpoly(ethyleneoxide),DEAfor2-(diethylamino)ethylmethacrylateandTMAfor(2-tetrahydrofuranyloxy)ethylmethacrylate.ThehydrophilicPEOchainsformvesiclecoronas,whilethehydrophobicP(DEA-stat-TMA)chainsformvesiclemembraneuponself-assemblyinneutralwater/tetrahydrofuran(THF)system.Bycontrast,PEO-b-PTMAandPEO-b-PDEAblockcopolymersweresynthesisedbyatom-transferradicalpolymerization(ATRP)andself-assemblyintovesiclesinthesameconditions.1HNMRandGPCwereemployedtocharacterizethestructureandcompositionoftheblockcopolymers;DLS,TEMandAFMwereemployedtocharacterizethemorphology,sizeandsizedistributionsofpolymervesicles.Ultrasoundwiththepowerof180Wandthefrequencyof40KHZwasintroducedtotriggerchangesofmorphologyandsizeofthecopolymervesicles.DLSandTEMstudiesshowthatthewater-dispersiblePEO-b-P(DEA-stat-TMA)vesiclesaresensitivetobothsolutionpHandultrasoundwhileitscontrols,PEO-b-PTMAandPEO-b-PDEApolymervesicles,areonlyresponsivetoultrasoundandsolutionpH,respectively.Theseduallyresponsivevesiclesshownoncytotoxicitybelow250μg/mLandareabletoencapsulateanticancerdrugssuchasDOX,exhibitingretardedreleaseTongjiUniversityMasterofPhilosophyAbstractIIIprofileandcontrollablereleaseratewhensubjectedtoultrasoundradiationorvaryingpHintrisbufferat37oC.KeyWords:ultrasoundandpHresponsive,polymervesicles,cytotoxicity,controllablerelease同济大学硕士学位论文目录IV目录第1章引言.........................................................11.1超声在肿瘤治疗中的应用........................................11.1.1理疗超声治疗机理..........................................11.1.2高强度聚焦超声治疗机理....................................11.1.3超声结合化疗应用..........................................21.2药物载体材料..................................................21.2.1碳纳米管..................................................31.2.2脂质体....................................................31.2.3壳聚糖....................................................31.2.4微乳液....................................................41.2.5聚合物胶束................................................41.2.6聚合物囊泡................................................41.3两亲性聚合物自组装的研究......................................51.4响应性聚合物囊泡的研究........................................71.5超声在药物缓释中的研究.......................................101.6本论文的研究内容.........................