環(huán)糊精(Cyclodextrin,CD)憑借其獨(dú)特的外親水內(nèi)疏水空腔化學(xué)結(jié)構(gòu),與多種小分子形成包合物,顯著增加疏水性藥物在水中的溶解度,可作為藥物載體對(duì)敏感性天然藥物具有保護(hù)和緩釋的作用。由于單體環(huán)糊精的溶解性、空腔剛性及包合適應(yīng)性等問題,使環(huán)糊精的應(yīng)用具有一定的局限性。相比于單體環(huán)糊精及其衍生物,環(huán)糊精聚合物具有良好的水溶性及生物相容性,對(duì)客體分子的空間構(gòu)型及尺寸包容性強(qiáng),可以包合尺寸大于環(huán)糊精腔體的客體分子,在包合能力上具有明顯的優(yōu)勢(shì)。本文以環(huán)糊精為主體,并引入點(diǎn)擊化學(xué)方法對(duì)環(huán)糊精進(jìn)行大分子修飾,研究環(huán)糊精單體包合及其大分子修飾聚合物對(duì)疏水性藥物的包埋與釋放行為的影響。首先,探索環(huán)糊精空腔疏水性對(duì)大分子客體包合效果。選用高疏水性抗菌肽丙甲菌素(Alamethicin,ALM)為模型,采用水溶液法,將γ-CD與ALM制成水溶性γ-CD/ALM包合物。調(diào)節(jié)γ-CD與ALM的反應(yīng)摩爾比分別為1:1,5:1和10:1,制備三種相應(yīng)的γ-CD/ALM包合物:γ-CD/ALM_1,γ-CD/ALM_5和γ-CD/ALM_10。傅立葉變換紅外光譜分析證明γ-CD/ALM包合物的形成。包合物的粒徑分布結(jié)果表明,在高γ-CD/ALM摩爾比下制備的γ-CD/ALM包合物發(fā)生一定程度的聚集;γ-CD/ALM包合物對(duì)李斯特菌表現(xiàn)出顯著的抗菌活性,包合物的最小抑菌濃度(MIC)取決于包合物中γ-CD/ALM的摩爾比,不同γ-CD/ALM包合物的MIC如下:γ-CD/ALM_1為0.429 mg/mL,γ-CD/ALM_5為1.094 mg/mL,γ-CD/ALM_10為2.078 mg/mL;γ-CD/ALM包合物對(duì)李斯特菌的最優(yōu)抑菌活性是環(huán)糊精的高溶解性及環(huán)糊精空腔對(duì)ALM疏水性基團(tuán)效應(yīng)共同作用的結(jié)果。此外,分子動(dòng)力學(xué)模擬研究表明,在ALM與γ-CD包合過(guò)程中,當(dāng)ALM的疏水性殘基進(jìn)入環(huán)糊精空腔中時(shí),形成的γ-CD/ALM包合物結(jié)構(gòu)最穩(wěn)定;ALM具有多個(gè)疏水位點(diǎn),較大的環(huán)糊精空腔及高環(huán)糊精濃度更容易與其疏水位點(diǎn)相結(jié)合,提高環(huán)糊精與客體分子的包合效果。進(jìn)一步探索環(huán)糊精對(duì)ALM抑菌機(jī)理的影響。通過(guò)TEM觀察到,γ-CD/ALM包合物可在細(xì)胞膜表面形成孔隙,破壞細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)導(dǎo)致細(xì)菌的裂解死亡;熒光染料滲漏試驗(yàn)進(jìn)一步證實(shí)了包合物對(duì)細(xì)胞膜的裂解作用,同時(shí),在γ-CD/ALM包合物中,γ-CD只是作為載體來(lái)促進(jìn)ALM在水中的溶解度和生物利用度,并不參與誘導(dǎo)膜滲透現(xiàn)象;在0.00015~0.16的肽-脂質(zhì)體比范圍內(nèi),染料滲漏程度隨抗菌肽-脂質(zhì)體摩爾比的增加而增大,γ-CD/ALM_5引起的染料滲漏程度最高,這與之前證明的γ-CD/ALM_5具有最高的抑菌活性相一致;分子動(dòng)力學(xué)研究表明γ-CD/ALM包合物可以有效地結(jié)合在磷脂雙分子層表面;γ-CD/ALM(1/1)包合物跨膜分子動(dòng)力學(xué)研究表明,γ-CD/ALM包合物中的ALM以-螺旋形構(gòu)象聚集,在磷脂雙層膜之間形成類似桶狀孔隙結(jié)構(gòu)的水通道;圓二色光譜表明,γ-CD/ALM包合體中的ALM在溶液中呈-螺旋形構(gòu)象,在脂質(zhì)體存在的情況下亦如此。這些結(jié)果證明環(huán)糊精通過(guò)包合作用改變ALM在水溶液中的存在構(gòu)象,ALM從無(wú)規(guī)則結(jié)構(gòu)變?yōu)?螺旋形構(gòu),使其在水溶液中具有抑菌活性。通過(guò)環(huán)糊精單體對(duì)抗菌肽的包合研究發(fā)現(xiàn),高環(huán)糊精濃度更容易與大分子客體進(jìn)行包合作用,因此引入硫醇-烯點(diǎn)擊化學(xué)反應(yīng)的綠色合成方法,將環(huán)糊精單體聚合修飾為高分子環(huán)糊精聚合物,提高環(huán)糊精的局部濃度,從而提高環(huán)糊精對(duì)客體分子的包合作用。首先分別對(duì)β-CD硫醇化改性為β-CD-(SH)_7,羥丙基β-CD馬來(lái)酰亞胺改性成HPCD-AMI,然后將兩者的水溶液混合,通過(guò)馬來(lái)酰胺亞胺與硫醇基之間的環(huán)加成反應(yīng),得到水溶性高分子環(huán)糊精聚合物,并對(duì)聚合物進(jìn)行結(jié)構(gòu)表征。核磁圖譜及紅外圖譜分析表明,合成的聚合物中保留了環(huán)糊精結(jié)構(gòu),同時(shí)還含有部分未反應(yīng)的馬來(lái)酰亞胺基團(tuán);X射線衍射表明環(huán)糊精聚合物呈現(xiàn)不規(guī)則的無(wú)定形結(jié)構(gòu);排阻色譜法測(cè)得透射電子顯微鏡觀察結(jié)果表明,環(huán)糊精聚合物在水溶液中呈殼-核球狀結(jié)構(gòu);粒徑分析測(cè)得環(huán)糊精的粒徑為20nm。通過(guò)調(diào)節(jié)HPCD-AMI與β-CD-(SH)7的投料比和反應(yīng)溫度,得到一系列不同的環(huán)糊精聚合物。分子量測(cè)定結(jié)果表明:隨著HPCD-AMI比例的增加,環(huán)糊精聚合物的相對(duì)分子量增大;投料比固定,隨著反應(yīng)溫度的升高,得到的環(huán)糊精聚合物相對(duì)分子量增大;核磁研究表明,隨著反應(yīng)溫度的提高,環(huán)糊精聚合物中馬來(lái)酰亞胺的消耗增加,聚合物結(jié)構(gòu)的交聯(lián)度提高;相溶解度試驗(yàn)表明,環(huán)糊精聚合物顯著提高了姜黃素在水中的溶解度,在相同的底物濃度下,姜黃素在β-CDPs水溶液中的溶解度比在β-CD中提高了10到60倍。其中CDP-50(30)對(duì)姜黃素的增溶效果最為顯著,為β-CD的60倍;聚合物對(duì)姜黃素的包埋能力取決于聚合物相對(duì)分子量和聚合物的微觀結(jié)構(gòu)。最后,引入另一種點(diǎn)擊化學(xué)法-Diels-Alder點(diǎn)擊反應(yīng),將環(huán)糊精修飾到殼聚糖上形成大分子水凝膠。首先,對(duì)殼聚糖進(jìn)行糠醛基功能化改性,調(diào)節(jié)殼聚糖與糠醛的投料比分別得到三種不同糠醛取代度的改性殼聚糖(CF1,CF2和CF3)。然后,將CF與HPCD-AMI水溶液,在不同溫度下,通過(guò)發(fā)生糠醛基團(tuán)與馬來(lái)酰亞胺之間的Diels-Alder反應(yīng),形成了化學(xué)交聯(lián)的水凝膠。對(duì)得到的水凝膠成膠時(shí)間、溶脹度、流變學(xué)行為、藥物吸附及釋放動(dòng)力學(xué)等進(jìn)行研究,結(jié)果表明:改性殼聚糖中糠醛取代度越高,凝膠化時(shí)間越短;由SEM觀察發(fā)現(xiàn),水凝膠為表面光滑的片狀結(jié)構(gòu);水凝膠的溶脹度對(duì)pH具有敏感性,當(dāng)pH值低于6.0時(shí),水凝膠的溶脹度隨pH值的升高而減小,當(dāng)pH值高于6.0時(shí),水凝膠溶脹度隨pH值的升高而增大。水凝膠的流變學(xué)行為分析發(fā)現(xiàn),當(dāng)改性殼聚中糠醛取代度從2.6%提高至28.3%,形成相應(yīng)水凝膠的儲(chǔ)能模量的范圍從1 pa升至1200 pa,這表明水凝膠的強(qiáng)度可以通過(guò)反應(yīng)物的化學(xué)計(jì)量比調(diào)節(jié);藥物吸附分析表明,在CFCD凝膠中引入環(huán)糊精可提高藥物的吸附能力,且水凝膠對(duì)甲基橙的吸附符合二級(jí)動(dòng)力學(xué)方程;水凝膠對(duì)甲基橙的釋放速率為初始階段很快,然后逐漸變緩。此外,24 h后PBS緩沖液中甲基橙累積釋放量?jī)H為48.85%,表明CFCD水凝膠在裝載藥物有很好的持續(xù)釋放能力。
【學(xué)位單位】：江南大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位年份】：2019
【中圖分類】：TQ460.1
【部分圖文】：

β-和 γ-CD），分別由 6，7，8 個(gè)葡糖糖單元構(gòu)成。圖 1-1 給出環(huán)環(huán)糊精分子呈截頂圓錐狀腔體結(jié)構(gòu)，它們的圓柱形結(jié)構(gòu)深 0.79 nm環(huán)糊精結(jié)構(gòu)中各個(gè) D-吡喃葡萄糖單元皆處于椅式構(gòu)象，其中 C-6 ，構(gòu)成環(huán)糊精的小端口；C-2 和 C-3 位上的羥基為仲羥基，組成環(huán) C-5 位上的氫原子及糖苷鍵上的氧原子組成環(huán)糊精的內(nèi)腔;具有 H CH 基團(tuán)主要位于分子的外側(cè)面，羥基朝向圓錐的外表面。這種精分子具有內(nèi)腔呈疏水性，而外側(cè)及端口呈一定親水性的特性。精低極性的空腔結(jié)構(gòu)能夠部分或全部包埋各種大小、形狀、結(jié)構(gòu)和，從而形成一種非共價(jià)鍵的結(jié)合[2]。另外，環(huán)糊精分子中存在的大量CD 和 γ-CD 分子中分別含有 18、21 和 24 個(gè)羥基，可以使其它分子通過(guò)取代反應(yīng)或化學(xué)修飾到不同的位置（大端口或小端口）。這些羥端口的 C6 位羥基，其親和性最高，活性也最強(qiáng)；還有是位于環(huán)糊精羥基，前者親核性最差，后者因空間位阻較大難以接近。因此可低對(duì)環(huán)糊精端口的羥基進(jìn)行選擇性取代，繼而可形成多種取代位置物，用于特定的應(yīng)用領(lǐng)域[3]。

、DNA 等等本質(zhì)上也是高分子，同時(shí)又處于細(xì)胞環(huán)境以及水存在的條質(zhì)的可控化學(xué)反應(yīng)就更加的困難，而點(diǎn)擊化學(xué)的出現(xiàn)就為解決這種生學(xué)反應(yīng)提供了重要的出路。目前，點(diǎn)擊化學(xué)在高分子化學(xué)、生物標(biāo)記域獲得了廣泛的應(yīng)用。擊化學(xué)的反應(yīng)類型和疊氮的 1，3-偶極環(huán)加成反應(yīng)應(yīng)是目前應(yīng)用最多和發(fā)展最完善的點(diǎn)擊化學(xué)反應(yīng)，如圖 1-2 所示，炔的催化下可以區(qū)域選擇性地生成三唑環(huán)[40]。它的反應(yīng)條件溫和，產(chǎn)物期分離純化。在高分子化學(xué)領(lǐng)域廣泛應(yīng)用于聚合物的偶聯(lián)、后修飾。廣泛地用于生物分子的表面改性或與聚合物的偶聯(lián)。由于生物分子的使用的環(huán)狀炔烴，無(wú)需再加入銅鹽。這類點(diǎn)擊化學(xué)反應(yīng)可以在水中發(fā)應(yīng)速率高，對(duì)溫度不敏感。另外，炔與疊氮基大多數(shù)常見的官能團(tuán)都此對(duì)反應(yīng)體系具有很好的兼容性。但這類點(diǎn)擊化學(xué)反應(yīng)的最大缺點(diǎn)就主要是因?yàn)樵谟袡C(jī)物中，疊氮基團(tuán)基本都是通過(guò)疊氮化鈉（NaN3）的到的，可是疊氮化鈉劇毒，且易爆。

圖 1-3 Diels-Alder 環(huán)加成反應(yīng)Fig. 1-3 Diels-Alder cycloadditon醇-烯化學(xué)反應(yīng)[42-43]-4 為硫醇-烯點(diǎn)擊反應(yīng)示意圖。雖然為點(diǎn)擊化學(xué)大家庭的重要成員，但就是不太穩(wěn)定的，經(jīng)常有被氧化的、偶聯(lián)成二硫鍵的。巰基本身的親對(duì)很多體系都是不兼容的。圖 1-4 硫醇-烯烴反應(yīng)Fig. 1-4 Thiol-ene reaction性酯與氨基的取代反應(yīng)反應(yīng)如圖 1-5 所示。該類點(diǎn)擊反應(yīng)也是近些年來(lái)才被人們慢慢重視并在蛋白質(zhì)的改性中尤其重要，因?yàn)榈鞍踪|(zhì)的氨基酸側(cè)鏈中有很多賴

【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前4條

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本文編號(hào)：2823030