温敏型磁性表面分子印迹聚合物识别5-氟尿嘧啶的机理及其缓释行为

发布时间：2020-03-09 07:28

【摘要】：随着环境污染的严重,困扰人类的胃癌、结肠癌等疾病的发病率不断升高。而传统口服制药和注射制药很难有效到达病患部位,真正发挥作用的药物浓度偏低,药物生物利用度低,毒副作用大。为了提高疾病的治疗效果,涌现出众多的新型药物缓释系统。目前,利用生物相容性好的高分子材料作为药物载体,选取特定的药物分子,基于分子模拟设计的构思,将分子印迹技术用于药物缓释系统,制备出高效的药物缓释体系是医药学领域中的研究热点之一。本论文以核壳结构的碳包覆四氧化三铁(Fe_3O_4@C)微球为基质材料,以常用抗癌药物5-氟尿嘧啶(5-FU)为模板分子,对Fe_3O_4@C微球进行表面修饰,接枝温敏单体N-异丙基丙烯酰胺(NIPAM),在理论设计的基础上,结合实验优化合成条件,制备得到温敏型磁性分子印迹药物缓释材料。这对于分子印迹技术在药物缓释系统领域的发展应用具有积极的促进作用。具体研究结果如下:(1)印迹位点的理论设计与识别机理。引入密度泛函理论,首先通过Dmol3程序包模拟计算单个5-FU分子和NIPAM之间的多种作用位点及相互作用能,确定几何结构最稳定的5-FU/NIPAM复合构型,其相互作用能为-46.50 k J/mol。其次,计算模拟5-FU分子和不同配比的NIPAM分子之间的相互作用能,计算结果得出,随着NIPAM单体比重的增大,5-FU和NIPAM复合结构相互作用能增长速度逐渐降低并趋于稳定,结合实验,确定印迹材料制备过程中5-FU/NIPAM用量配比为1:4。基于以上的理论计算,构建5-FU在温敏交联网络(PNIPAM)中的印迹位点模型(5-FU/PNIPAM),从5-FU/PNIPAM表面静电势及布局分析的计算结果可以看出,5-FU分子印迹位点的形成在理论上是可行的,且5-FU和印迹位点之间的相互作用能主要由范德华力、静电作用和氢键等构成,印迹位点和模板分子之间的相互作用能为-112.24 k J/mol。(2)温敏型磁性表面分子印迹聚合物的制备。首先通过溶剂热法制备Fe_3O_4@C微球。其次,对Fe_3O_4@C进行硅烷化修饰,在其表面引入乙烯基官能团,优化硅烷化参数,得到硅烷化产物(Fe_3O_4@CSi)。最后以Fe_3O_4@CSi为基体材料、过硫酸铵(APS)为引发剂、NIPAM为温敏单体、N,N‘亚甲基双丙烯酰胺(MBA)为交联剂,通过表面接枝聚合法制备温敏型磁性表面分子印迹聚合物(TMMIPs)。通过对TMMIPs的结构形貌和性能进行研究,结果显示TMMIPs是粒径为150 nm左右的核壳结构微球,包覆层厚度为50nm,其临界相转变温度为39.2℃,磁饱和强度为16.57 emu/g,具有良好的超顺磁性、温敏性和分散性。(3)TMMIPs的吸附、缓释性能测试。设计静态吸附实验考察TMMIPs吸附5-FU分子的吸附、缓释行为,结果显示:在25℃条件下,TMMIPs对5-FU的最大吸附量为96.53 mg/g,吸附平衡时间为120 min,印迹因子1.50。吸附动力学过程满足准一级和准二级动力学方程,等温吸附过程符合Langmuir和Freundlich方程。选择性实验结果显示TMMIPs对5-FU具有良好的识别能力。缓释结果表明:TMMIPs中的温敏聚合物随着温度的变化收缩、溶胀,可以实现对5-FU的可控释放。5-FU的累计释放率随着温度的上升而增大,在125 min内,25℃条件下的释放率约为70%。
【学位授予单位】：太原理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：O631.3

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