角蛋白基高分子水凝胶的制备及其性能研究

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羽毛角蛋白作为一种资源丰富且价格低廉的天然高分子材料,具有良好的生物相容性、可降解性和疏水性,以及胱氨酸含量较多而具有理化特性,但其易被蛋白酶分解且机械性能较差。因此,可通过改性来拓宽羽毛角蛋白的应用领域。本文以羽毛角蛋白(FK)为原料,分别用功能性单体,即乙烯基吡咯烷酮(NVP)和N-异丙基丙烯酰胺(NIPAm)为单体,进行接枝聚合改性,制备了环境敏感性智能型水凝胶。采用傅里叶红外光谱(FT-IR)、热重分析(TG)和扫描电镜(SEM)等对聚合物结构与热稳定性、水凝胶形貌进行了表征,研究了角蛋白基功能高分子水凝胶的溶胀和药物释放性能。第一章,在介绍水凝胶的基础上,对水凝胶的进行了分类,对几类典型的蛋白类(如:大豆分离蛋白、玉米醇溶蛋白、胶原蛋白、乳清蛋白、丝蛋白、角蛋白等)高分子水凝胶的研究现状进行了综述。最后,对高分子水凝胶的降解类型及降解机理做了总结。第二章,用功能性单体NVP,通过接枝聚合制备了羽毛角蛋白基高分子水凝胶(FK-PVP-G),采用FT-IR、TG和SEM对凝胶结构、热稳定性和形貌进行了表征。发现水凝胶具有多孔结构。研究了FK-PVP-G水凝胶在不同介质中的溶胀性能以及再溶胀性能。结果表明,该水凝胶的溶胀性能以及再溶胀性能良好,在水中溶胀度可达22.4(g/g)。以人工合成模拟胃液对角蛋白高分子基水凝胶FK-PVP-G的生物降解性能进行测试,发现17hr后FK-PVP-G水凝胶块体消失,说明该水凝胶具有良好的可生物降解性。以小分子(RB)以及大分子(BSA)为模型药物,考FK-PVP-G对药物分子的负载与释放性能。发现FK-PVP-G对小分子模型药物的载药量为32.6%,对大分子模型药物的载药量为98.5%,FK-PVP-G在较高温(50℃)时对小分子药物(RB)释放性能最好,累计释放率最高可达82.4%。对于大分子药物,FK-PVP-G在体温(37℃)时释放性能最好,累计释放率最高可达35.3%。第三、用功能性单体NVP、NIPAm,通过接枝共聚合制备了羽毛角蛋白基高分子水凝胶(FK-PNIPAm-PVP-G),用FT-IR、TG和SEM对凝胶结构、热稳定性和形貌进行了表征与分析;研究了水凝胶在不同介质中的溶胀性能。结果表明,羽毛角蛋白基高分子水凝胶具有多孔结构;水凝胶具有良好的溶胀,在水中溶胀度可达6.4(g/g)。以人工合成模拟胃液对角蛋白高分子基水凝胶FK-PNIPAm-PVP-G的生物降解性能进行测试,发现17hr后FK-PNIPAm-PVP-G水凝胶块体部分消失,说明该水凝胶具有可生物降解性。以小分子(RB)以及大分子(BSA)为模型药物,考察FK-PNIPAm-PVP-G的对药物分子的负载与释放性能。发现FK-PNIPAm-PVP-G对小分子模型药物RB的载药量为33.3%,对大分子模型药物BSA的载药量为120.6%,载药性能良好。FK-PNIPAm-PVP-G在较高温(50℃)时对小分子药物(RB)释放性能最好,累计释放率最高可达82.5%。对于大分子药物,FK-PVP-G在体温(37℃)时释放性能最好,累计释放率最高可达36.4%。弱碱性条件下(pH=8.4)有利于小分子药物(RB)释放;中性条件(pH=6.8)有利于大分子(BSA)的释放,具有温度与pH双敏感性。第四、以羽毛角蛋白(FK)为原料,NIPAm作为改性单体,制备了具有温度敏感性的羽毛角蛋白基高分子微凝胶FK-PNIPAm-MG。将合成的微凝胶FK-PNIPAm-MG进行温度刺激响应性试验,观察到该微凝胶对于温度的响应性灵敏,且具可逆性,其相转变温度在30℃-32℃。以人工合成模拟胃液对角蛋白高分子基微凝胶FK-PNIPAm-MG的生物降解性能进行测试,发现该微凝胶具有良好的可生物降解性。以小分子(RB)以及大分子(BSA)为模型药物,考察了角蛋白基高分子微凝胶(FK-PNIPAm-MG)的对药物分子的负载与释放性能。发现FK-PNIPAm-MG对小分子模型药物RB的载药量可达38.6%,对大分子模型药物BSA的载药量为159.2%。FK-PNIPAm-MG在较高温(50℃)时对小分子药物(RB)释放性能最好,累计释放率最高可达81.6%。对于大分子药物,FK-PNIPAm-MG在体温(37℃)时释放性能最好,累计释放率最高可达14.9%。若碱性条件下(pH=8.4)有利于小分子药物(RB)释放;中性条件(pH=6.8)有利于大分子(BSA)的释放。总之,FK-PNIPAm-MG是一类生物相容与可降解的药物载体材料,对小分子和大分子模型药物均具有缓释效果。总之,本论文所制备的生物降解性能好的角蛋白高分子水凝胶(FK-PVP-G),以及具有温度刺激响应角蛋白高分子水凝胶(FK-PNIPAm-PVP-G)及微凝胶(FK-PNIPAm–MG),具有很好的释放性能。有望作为智能型药物载体使用,在生物医药领域具有一定的应用前景。
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