环境感应微泵元件的研制及其控释传质特性

针对现有靶向药物控制释放系统仅依靠溶质浓度差进行扩散释放所带来的局限性，本项目利用环境感应凝胶在环境情报发生微小变化时，其物理特性发生急剧变化的特点，结合压缩泵的构造原理，首次提出将环境感应凝胶作为泵的伸缩臂，用亲水材料或疏水材料作为泵的活塞，这样构成一个微泵元件，然后将其置入微囊内形成一个微型的泵。在特定的环境下，环境感应凝胶膨胀伸展，带动活塞使得微囊内腔急剧缩小，产生强大推动力将药物"泵出"。这种作用从根本上改变了现有药物传送的推动力，有效提高了智能化药物控制释放系统速度。本课题研究的基本问题是提高环境感应型控释系统感应释放速度的机制，主要包括微泵元件的设计、数量分布及对环境情报感应时元件的微观结构动态特征以及微泵元件的伸缩臂与活塞两者之间的协调性、微泵内溶质分子受微泵元件作用时的动力学及运动学特性等。研究结果将为新一代快速感应式智能化靶向式药物控制释放系统的设计与制备提供理论基础。

本项目围绕微泵元件开展工作，采用不同方法制备一系列微泵元件微球，确立其制备原理、方法及条件，并研究其环境感应控制释放机理，建立了其环境感应控释传质动力学模型。采用逐步法合成了微泵元件微球，通过浊光度手段表明：相变温度提高到39℃左右，动静态光散射证明了相变温度，同时粒子的粒径和单分散有规律性变化；采用可逆加成-断裂链转移（RAFT）方法合成温敏性树枝状大分子，对其合成接枝原理、方法及条件进行探索，通过核磁共振仪和红外光谱仪表征，较成功合成制备了温敏性树枝状大分子，其对温度敏感速度快，没有受到结构的影响，释药特性正在进一步验证；当溶液的极性由小至大发生改变时，疏水性线型聚合物能缩聚成团，且不同链长的聚合物也将得到不同粒径的团，利用此团作为模板将得到不同大小核的微球或微囊。利用正在聚合反应的线型聚苯乙烯链为模板，系统探索了聚苯乙烯核-聚（N-异丙基丙烯酰胺）壳纳米微球的制备，得到真正意义上的纳米微球，单分散性好，为微泵元件的纳米化成为可能，也纳米球（囊）的制备提供一条新思路，释药特性正在进一步研究；为了探索环状结构不均匀对温度敏感特性的影响，制备了含有线型聚（N-异丙基丙烯酰胺）层的夹心型凝胶柱体。通过含水率和保水率交替过程实验，证明了线型结构能提高材料对温度敏感速度，相应能提高药物的释放速度；较为系统地研究了基于聚丙烯酸-聚丙烯酰胺控释系统，包括柱-微球、微球与微球、以及接枝了PAAM与PAAC复合膜的温度敏感开关给药系统。相关实验表明，对温度敏感速度加快，对药物的释放速度起到加快作用。项目研究结果将为新一代快速感应式智能化靶向式药物控制释放系统的设计与制备提供理论基础。