【摘要】：近幾年,糖尿病成為威脅人類健康的重大疾病。實(shí)時(shí)檢測(cè)血糖濃度能夠減少糖尿病引起的并發(fā)癥,有益于患者的身體健康�；�3-氨基苯硼酸半硫酸鹽(PBA)的水凝膠由于自身對(duì)環(huán)境的適應(yīng)能力強(qiáng)成為當(dāng)下研究的熱點(diǎn)。但是含PBA水凝膠在生理pH對(duì)葡萄糖的響應(yīng)時(shí)間長(zhǎng),響應(yīng)強(qiáng)度低。本文采用乳液聚合制得微凝膠,以微凝膠為交聯(lián)點(diǎn),制得復(fù)合和互穿水凝膠,利用微凝膠的快速響應(yīng)性,解決水凝膠響應(yīng)時(shí)間長(zhǎng)等問(wèn)題。通過(guò)添加含氨基的殼聚糖(CS)或氧化石墨烯(GO)解決含PBA水凝膠生理pH對(duì)葡萄糖響應(yīng)程度低的問(wèn)題。具體的研究?jī)?nèi)容如下:(1)通過(guò)乳液聚合制備了基于PBA的Poly(AAPBA-DMAA-co-AAm)微凝膠,通過(guò)微凝膠的粒徑測(cè)試,得到微凝膠顆粒表面光滑,粒徑在40nm左右。通過(guò)熱重測(cè)試(TGA)曲線得到微凝膠的熱穩(wěn)定性能良好。優(yōu)化工藝條件為:AAPBA含量為6%,單體配比N,N′-二甲基丙烯酰胺(DMAA)/丙烯酰胺(AAm)=6:1(質(zhì)量比),轉(zhuǎn)速為867 r/min,過(guò)硫酸鉀(KPS)(9 wt%),十二烷基硫酸鈉(SDS)(8 wt%),N,N′-亞甲基雙丙烯酰胺(MBA)(1.14 wt%)得到的微凝膠的顆粒表面光滑,粒徑為79.5 nm。通過(guò)稱重法考察了微凝膠對(duì)葡萄糖的響應(yīng),結(jié)果表明,微凝膠在10 min左右達(dá)到最大溶脹度。平衡溶脹度在23%左右。6%含量的AAPBA制得的微凝膠對(duì)葡萄糖的響應(yīng)效果最好�；赑BA微凝膠合成了復(fù)合水凝膠。通過(guò)對(duì)水凝膠的FTIR,TGA,SEM相關(guān)表征,證實(shí)復(fù)合水凝膠具有網(wǎng)絡(luò)孔道均勻的結(jié)構(gòu)。結(jié)果表明,pH為8.0時(shí),外單體中AAPBA含量為5.8%的水凝膠對(duì)葡萄糖響應(yīng)效果最好,平衡時(shí)間在50 min。隨著pH的升高,水凝膠的響應(yīng)強(qiáng)度增大,當(dāng)pH為8.6時(shí)溶脹度最大為7.5%左右。(2)添加CS制備了互穿網(wǎng)絡(luò)微凝膠Poly(AAPBA-DMAA-co-AAm)CS。SEM和粒徑表征得出微凝膠的粒徑在100-200 nm之間。碘量法測(cè)定了不同反應(yīng)時(shí)間干燥微凝膠的雙鍵含量�；ゴ┚W(wǎng)絡(luò)微凝膠對(duì)葡萄糖的響應(yīng)時(shí)間在6 min。分別以Poly(AAPBA-DMAA-co-AAm)微凝膠和Poly(AAPBA-DMAA-co-AAm)CS微凝膠為交聯(lián)點(diǎn)制備了Poly(AAPBA-DMAA-co-AAm)/CS和Poly(AAPBA-DMAA-co-AAm)CS水凝膠。對(duì)水凝膠的溶脹性能進(jìn)行了考察,基于CS互穿微凝膠的水凝膠具有更快的葡萄糖響應(yīng)速率,生理pH最大溶脹度在6.2%。對(duì)凝膠熱性能表征得出,CS互穿微凝膠的水凝膠熱穩(wěn)定性提高�；赑oly(AAPBA-DMAA-co-AAm)微凝膠的IPN水凝膠Poly(AAPBA-DMAA-co-AAm)/Poly(AAPBA-DMAA-co-AAm)-CS親水性增強(qiáng),生理pH下對(duì)葡萄糖的響應(yīng)達(dá)到7.5%。當(dāng)CS含量為5%,微凝膠反應(yīng)5 h,添加比例為100%(體積分?jǐn)?shù))時(shí),Poly(AAPBA-DMAA-co-AAm)CS微凝膠為交聯(lián)點(diǎn)的IPN水凝膠對(duì)葡萄糖的響應(yīng)最大為23%,溶脹時(shí)間為25 min。相比于PBA共聚物微凝膠為基質(zhì)的IPN水凝膠,響應(yīng)程度提高2倍。(3)采用乳液聚合方法制備了溫敏-葡萄糖雙敏感微凝膠Poly(AAPBA-NIPAM-co-AAm)CS。以此微凝膠為交聯(lián)點(diǎn)制備了雙重敏感水凝膠。通過(guò)吸光度法測(cè)得微凝膠的相轉(zhuǎn)變溫度在36-38℃。雙重敏感水凝膠的相轉(zhuǎn)變溫度在35-37℃,具有環(huán)境(溫度)和化學(xué)物質(zhì)(葡萄糖)雙重敏感性能。(4)基于Poly(AAPBA-NIPAM-co-AAm)CS微凝膠的外單體含10 mol%AAPBA的水凝膠薄膜具有較強(qiáng)的快速光學(xué)響應(yīng)能力。薄凝膠(0.157 mm)中葡萄糖親合成鍵動(dòng)力學(xué)或分子結(jié)構(gòu)重排的影響導(dǎo)致薄凝膠表觀擴(kuò)散系數(shù)(8.05×10~(-8)cm~2/s)較低。較厚的凝膠(0.430 mm)擴(kuò)散系數(shù)為1.1×10~(-7)cm~2/s,葡萄糖擴(kuò)散是速度控制步驟。ARS熒光染料研究凝膠與二醇的特定反應(yīng)性表明,在凝膠中特異性結(jié)合的ARS量是27μmol/mL,很好的與凝膠中固定的PBA的量25μmol/mL吻合。凝膠對(duì)葡萄糖的光響應(yīng)在生理pH下的可逆性良好。傳感器凝膠的線性響應(yīng)和穩(wěn)定性使其適用于測(cè)量人體血液中的葡萄糖或其他生理液體。(5)采用Hummers法制備了氧化石墨烯。在超聲剝離得到的GO懸浮液中添加相應(yīng)的單體,制備了含GO的水凝膠。對(duì)GO以及凝膠進(jìn)行了紅外,XRD,熱重等表征。添加GO得到的水凝膠的熱穩(wěn)定性提高,在生理pH下對(duì)葡萄糖最大響應(yīng)程度達(dá)到17%�；赑oly(AAPBA-DMAA-co-AAm)微凝膠制備了含GO的水凝膠。由于GO巨大的電子遷移率,降低了PBA的pKa,GO的加入,提高了水凝膠在生理?xiàng)l件下對(duì)葡萄糖的響應(yīng)速率,平衡溶脹時(shí)間在30 min。
【學(xué)位授予單位】：西北大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號(hào)】：TQ427.26;TQ460.1
【圖文】：

西北大學(xué)博士學(xué)位論文葡萄糖酸的形成降低了 pH 值，引發(fā) pH 敏感水凝膠的溶脹和消溶脹，凝膠形態(tài)變化。在胰島素釋放和糖尿病診斷領(lǐng)域，葡萄糖氧化酶被廣泛的應(yīng)萄糖氧化酶的水凝膠的葡萄糖響應(yīng)機(jī)制如圖 1.1 所示[18]。對(duì)于骨架是陽(yáng)離子周圍環(huán)境 pH 低于陽(yáng)離子基團(tuán)的 pKa 時(shí)，水凝膠溶脹，而當(dāng) pH 高于 pKa 時(shí)態(tài)。對(duì)于陰離子聚合物，則是相反的過(guò)程。

圖 1.2 基于 Con A 的水凝膠葡萄糖響應(yīng)過(guò)程[18]Fig.1.2 Hydrogel swelling process upon glucose addition for polymer bearing saccharide moiecomplexed with Con A[18]在胰島素傳遞的自調(diào)節(jié)過(guò)程中，葡萄糖響應(yīng)性非常重要。Yin 等[23]制備了京尼交聯(lián)劑的帶有葡糖殘基的殼聚糖(GEA-CS)微凝膠，ConA 通過(guò)京尼平連接在 CS 氨基避免了周圍葡萄糖高時(shí)引起的 ConA 從水凝膠的泄露。微凝膠中包載的胰島素的釋環(huán)境葡萄糖濃度的影響。釋放的胰島素仍具有很好的活性，蛋白三級(jí)結(jié)構(gòu)沒(méi)有破壞胞毒性試驗(yàn)證實(shí)微凝膠沒(méi)有細(xì)胞毒性。京尼平交聯(lián)的 GEA-CS 微凝膠可用作自調(diào)節(jié)素傳遞系統(tǒng)。Kim 等[24]將主鏈接有葡萄糖基的共聚物和接枝 MPEG 的伴刀豆球蛋白 A 混合備了葡萄糖敏感水凝膠。MPEG 上提高了 ConA 的穩(wěn)定性。將水凝膠制備成擴(kuò)散控膜、擴(kuò)散控制的載有胰島素骨架、溶蝕控制的載有胰島素骨架三種不同的胰島素釋

西北大學(xué)博士學(xué)位論文1.1.3 基于苯硼酸(PBA)的智能水凝膠GOx 和 ConA 構(gòu)建了兩種葡萄糖響應(yīng)系統(tǒng)。然而，這些基于蛋白質(zhì)的部分對(duì)環(huán)變化適應(yīng)能力差并且很容易變性，且在體內(nèi)易引起免疫反應(yīng)。這些問(wèn)題限制了在體應(yīng)用。PBA 是非天然的合成的物質(zhì)，具有耐久性和穩(wěn)定性，避免了 GOx 和 ConA 足。Kuivila[25]首次對(duì) PBA 與糖類的結(jié)合進(jìn)行了報(bào)道。隨著研究的深入，響應(yīng)機(jī)制越來(lái)越清楚。PBA 及其衍生物能夠與二醇鍵形成可逆的共價(jià)化合物，可作為葡萄糖的敏感基元。具體如圖 1.3 所示[18]。PBA 在水中有兩種形式，并保持平衡。一種是電荷的，處于相對(duì)疏水狀態(tài)；一種是帶電荷的，處于親水狀態(tài)。當(dāng)葡萄糖加入到溶液帶電荷的苯硼酸通過(guò)共價(jià)鍵與葡萄糖可逆結(jié)合，并形成更加親水的硼酸鹽，使凝膠離子強(qiáng)度增大，水凝膠的溶脹特性隨著葡萄糖濃度的變化而給出易檢測(cè)的響應(yīng)。

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2765065