水包水乳液是由兩種互不相容的親水性聚合物的水溶液以一定比例混合形成,具有使用方便、綠色環(huán)保以及生物相容性高等優(yōu)點(diǎn),可廣泛應(yīng)用于人工模擬細(xì)胞、制作功能材料、封裝和遞送藥物等領(lǐng)域。然而,水包水乳液極低的界面張力(10~(-6) N/m)和大的界面厚度(幾納米),使制備穩(wěn)定的水包水乳液變得非常困難。將具有生物活性的蛋白質(zhì)顆粒自組裝于乳液界面,形成一層空間屏障阻止乳液液滴的聚并,不僅可以穩(wěn)定水包水乳液,而且能夠作為一種活性物質(zhì)參與反應(yīng)。本論文基于蛋白質(zhì)-高分子團(tuán)聚機(jī)制的研究,制備了一種具有生物活性的蛋白質(zhì)-高分子共聚物顆粒用于穩(wěn)定水包水乳液,強(qiáng)化了雙水相體系的酶促反應(yīng),并開展了其在制作功能材料中的應(yīng)用基礎(chǔ)研究。在制備具有生物活性的蛋白質(zhì)顆粒部分,本論文研究了甲氧基聚乙二醇(mPEG)-蛋白質(zhì)共聚物顆粒的生長機(jī)理。作者通過甲氧基聚乙二醇乙醛(mPEG-ALD)修飾蛋白質(zhì)增加其相對疏水性,在一定pH值和較高蛋白質(zhì)濃度下通過恒溫37 ~oC干燥制備得到具有生物活性的蛋白質(zhì)顆粒。在整個生長過程中,無任何刺激性試劑的添加,都是在溫和的條件下進(jìn)行。我們以牛血清白蛋白(BSA)為標(biāo)準(zhǔn)蛋白,分別研究了pH、組分濃度和反應(yīng)時間對蛋白質(zhì)顆粒的影響。研究表明,通過改變體系的pH值和干燥方式,可以有效地控制mPEG-蛋白質(zhì)共聚物顆粒的形貌和結(jié)構(gòu);組分濃度和反應(yīng)時間會影響蛋白質(zhì)顆粒的粒徑,當(dāng)組分濃度增高或反應(yīng)時間延長時,蛋白質(zhì)顆粒粒徑會隨之增大;經(jīng)過PEG化修飾之后,mPEG-BSA共聚物顆粒的等電點(diǎn)(pI)由4.7減小到4.2左右。此外,通過脲酶酶活測定實驗,我們推測使用該方法制備的蛋白質(zhì)顆粒至少保留了80%以上的活性。該研究成果在食品、化妝品和生物醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域具有潛在的應(yīng)用前景。在水包水乳液穩(wěn)定性研究部分,基于皮克林(Pickering)乳液穩(wěn)定機(jī)理,作者通過調(diào)節(jié)蛋白質(zhì)顆粒的制備條件,獲得了具有合適粒徑和浸潤性的蛋白質(zhì)顆粒用于穩(wěn)定聚乙二醇-葡聚糖的雙水相乳液,并通過將具有活性的mPEG-脲酶顆粒錨在水包水乳液界面上,縮短了傳質(zhì)距離,強(qiáng)化了雙水相酶促反應(yīng)。首先,我們定制了粒徑約為300 nm左右且浸潤性性為90~o左右的球形mPEG-BSA共聚物顆粒,并將其用作穩(wěn)定水包水乳液,相比普通水包水乳液取得了較好的穩(wěn)定效果;研究結(jié)果證明,蛋白質(zhì)顆粒濃度會影響水包水乳液液滴的尺寸和穩(wěn)定性,隨著蛋白質(zhì)顆粒濃度的增高,乳液液滴直徑減小,乳液的聚并穩(wěn)定性提高;通過調(diào)節(jié)雙水相的組分濃度,可以制備出Dex-in-PEG和PEG-in-Dex兩種類型的乳液;pH值對水包水乳液的穩(wěn)定性也有一定的影響,在pH=4,5和9時,水包水乳液的穩(wěn)定性較高。通過在水包水乳液中脲酶酶活測定實驗可以發(fā)現(xiàn),將具有活性的mPEG-脲酶顆粒錨在水包水乳液界面上,可以強(qiáng)化雙水相酶促反應(yīng)。該研究成果對于生物醫(yī)學(xué)和酶促反應(yīng)等生命科學(xué)領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。在水包水乳液制作功能材料部分,作者以mPEG-脲酶顆粒穩(wěn)定的水包水乳液為模板,利用生物礦化技術(shù)制備了形貌均一可控的碳酸鈣微球,可作為蛋白質(zhì)等活性物質(zhì)的載體。通過研究發(fā)現(xiàn),我們以Dex-in-PEG和PEG-in-Dex兩種乳液為模板,分別制備了粒徑在15μm左右且球形度較好的碳酸鈣微球,可用于不同性質(zhì)生物大分子的封裝;碳酸鈣微球的形貌與乳液穩(wěn)定性有關(guān),當(dāng)酶顆粒穩(wěn)定的乳液成乳后立即礦化反應(yīng),可得到花生狀碳酸鈣顆粒;當(dāng)成乳后靜置一段時間直至乳液穩(wěn)定再礦化,所得到的碳酸鈣為球形顆粒;通過掃描電子顯微鏡(SEM)的觀察,可以發(fā)現(xiàn)碳酸鈣微球呈現(xiàn)階層結(jié)構(gòu),由平整厚實的棱柱狀碳酸鈣晶體和納米碳酸鈣顆粒堆積的表面兩部分構(gòu)成的。通過封裝FITC-BSA的實驗,證明碳酸鈣微球擁有很好的封裝性。該研究成果不僅為蛋白質(zhì)等活性物質(zhì)提供了一個良好的載體,而且為功能材料的制備提供了借鑒和思路。
【學(xué)位單位】：西南交通大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：TB34
【部分圖文】：

種液體以微小液滴形式分散于另一種液體所形成的熱力學(xué)不穩(wěn)定的分散體。在靜態(tài)時，乳液液滴會逐漸聚并直至形成兩個明顯的宏觀相。通過添加可吸附于乳液界面的表面活性劑或固體顆粒，可以阻止液滴的聚并，來使乳液達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)。絕大多數(shù)乳液來說，這兩種互不相溶的液體一般是油和水，根據(jù)乳液液滴內(nèi)外相同，可分為油包水（w/o）和水包油（o/w）兩種類型的乳液。然而，除了上述常油-水乳液外，兩種互不相溶的水溶液也可以產(chǎn)生乳液。水包水乳液是由兩種互不相溶的親水性聚合物的水溶液以一定比例混合形成[1]未添加穩(wěn)定劑時最終會形成兩個互不相溶的宏觀相，也就是“雙水相系統(tǒng)”[2]（圖a）），因此水包水乳液也可被稱為“雙水相乳液”（圖 1-1（b）），圖 1-1（c）為水包液在顯微鏡下的照片。由于水包水乳液的溶劑只有水，不含任何有機(jī)試劑和表面劑，因此它具有無毒、生物相容性好、綠色環(huán)保等優(yōu)點(diǎn)，可廣泛應(yīng)用于生物大分隔室化[3, 4]、人工模擬細(xì)胞[5]、生物礦化[6, 7]、封裝和遞送生物活性物質(zhì)[8, 9]、制作材料[10-12]等領(lǐng)域中。

水乳液形成及穩(wěn)定機(jī)理乳液的形成及穩(wěn)定可追溯到雙水相的相行為[13]。如圖 1-2（引自文（分子量為 500 kDa）和聚乙二醇（分子量為 6 kDa）混合形成的，雙節(jié)線將其分成了兩個區(qū)域：單一相和雙水相。在雙節(jié)線下方二醇的濃度不夠，兩種溶液的相互作用力不足以使之分相，因此，無法形成水包水乳液；在雙節(jié)線上方，即葡聚糖和聚乙二醇的混合溶液在靜置一段時間后會形成互不相溶的兩相，即雙水相，能得到水包水乳液。其中，分相后體積分?jǐn)?shù)較小的一相成為內(nèi)相積分?jǐn)?shù)較大的一相成為外相，也就是連續(xù)相。當(dāng)兩種組分的體積，會發(fā)生轉(zhuǎn)相行為。然而，水包水乳液擁有極低的表面張力（10-6面厚度（幾到十幾納米）[17, 18]，這對于穩(wěn)定水包水乳液來說是此，尋找合適的水包水乳液穩(wěn)定劑是一個持續(xù)的挑戰(zhàn)。

西南交通大學(xué)碩士研究生學(xué)位論文 第 16 這樣的結(jié)合可增加蛋白質(zhì)共聚物的粒徑和相對疏水性[117]。此外，在非變性條件下，響蛋白質(zhì)團(tuán)聚的因素有蛋白質(zhì)濃度、蛋白質(zhì)表面凈電荷及溫度等。受此啟發(fā)，我們過席夫堿反應(yīng)將 mPEG-ALD（甲氧基聚乙二醇乙醛）接枝于蛋白質(zhì)表面，并在一定 p值和較高蛋白質(zhì)濃度下通過恒溫 37oC 干燥制備具有生物活性的蛋白質(zhì)顆粒。此外mPEG 作為一種常見的大分子修飾劑，具有良好的水溶性和生物相容性[36]，并且通臨床批準(zhǔn)[55]。通過 mPEG 修飾蛋白質(zhì)分子，可以有效地提高蛋白質(zhì)藥物的穩(wěn)定性和效[118]，這對于生物醫(yī)學(xué)、化妝品等領(lǐng)域具有潛在的用途。

【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前6條

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本文編號：2834016