新型药物释放系统已成为药学领域的重要发展方向,随之而来对药物载体及材料的研究也就愈加显得格外重要。理想的药物载体应具有很好的生物相容性、生物可降解性、理化及生物稳定性和极低的毒性,且有较高的载药性,控制药物的释放,达到更高的靶向目的和治疗效果。分子印迹聚合物(M[olecularly imprinted polymers,NIP)是一种对模板分子具有显著吸附性能的新型高分子材料,制备时模板分子先与功能单体自组装,再经交联剂固定,最后洗去模板分子,即得到MIP。因其性能稳定,可以抵抗酶的降解,耐受不同pH值环境,载药量高,释放缓慢,近年来在给药系统中的应用引人关注。MIP在递药系统中的出色表现来自其固有的结构特点,以药物为模板分子制备的MIP,在其表面留有药物分子的“印迹”空穴,因此对模板药物表现出高度的亲和力及特殊的吸附性能。这种吸附不同于以往简单的物理混合或难解离的共价键键接,它是通过非共价键的超分子作用如分子间氢键、π-π作用、静电作用等维系,药物不易泄露、突释;进入体内后,受机体极性环境的影响,非共价键逐渐断裂,药物持续缓慢释放出来。作为在体内进行药物传输与传递的载体,必须是生物友好型材料,即安全、无毒,在生物体内能被降解或酶解,生成小分子物质能够被机体吸收并排出体外。合成聚酯类聚合物是目前被美国FDA批准用于生物医学领域的一类生物可降解材料,包括聚乙交酯(PGA)、聚丙交酯(PLA)、乙交酯-丙交酯聚合物(PLGA)、聚己内酯(PCL)等。交联剂是支撑分子印迹聚合物的骨架的主要单元,分子印迹聚合物是否生物友好与交联剂的性能密不可分。目前制备MIP所用的交联剂大多是乙二醇二甲基丙烯酸酯(EDGMA)、丙三醇三甲基丙烯酸酯(TIRM)等,他们的生物相容性和生物降解性还不明确。本文对FDA批准的生物可降解材料聚ε-己内酯(PCL)进行末端修饰制备丙烯酰化的PCL,作为MIP的交联剂,以丙烯酸为功能单体,采用紫外光引发聚合法制备生物可降解的分子印迹聚合物,对其结构和性能进行表征及评价。在模拟人体生理环境体系中对其体外释药和体外降解性能进行了初步研究。1.研究目的及内容以茶碱为模板分子,丙烯酸为功能单体,丙烯酰化的聚ε-己内酯二醇为交联剂,采用紫外光引发聚合法制备一种新型的生物可降解的分子印迹聚合物。通过扫描镜(SEM)、红外光谱(IR)、差示扫描热量法(DSC)等表征其结构,采用等温吸附、Scatchard分析和动力学曲线等研究其吸附能力,在模拟人体生理环境体系中初步评价其作为给药载体的体外释药和体外降解性能。(1)PCL交联剂的合成。(2)MIP的制备。(3)MIP的结构表征及性能评价。(4)MIP体外释药和体外降解性能的评价。2.方法2.1 PCL交联剂的制备及工艺优化以PCL二醇为反应原料,加入丙烯酰氯和三乙胺,80℃恒温搅拌3h,过滤除杂后将滤液倒入正己烷中析出白色固体沉淀,将固体沉淀真空干燥24h,即得PCL交联剂。对反应原料PCL二醇与反应产物丙烯酰化PCL进行红外光谱表征,比较二者的红外光谱中官能团的变化,从而判定PCL二醇的丙烯酰化成功与否。2.2 MIP的制备适量茶碱、功能单体溶于氯仿中,室温下静置30min。加入交联剂丙烯酰化的PCL和引发剂,在366nm的紫外光下照射1h。将制备的聚合物用氯仿-冰醋酸溶液连续抽提,直至洗脱液中检测不到模板分子茶碱,再用氯仿洗去冰醋酸,即得茶碱分子印迹聚合物。空白印迹聚合物(Non-Imprinted Polymer,NIP)的制备除不加入模板分子茶碱外,过程同上。对其制备工艺进行了优化。2.3 MIP的结构表征及性能评价(1)采用扫描电镜(SEM)、红外光谱(FT-IR)、差示扫描热量法(DSC)对制备的MIP进行形貌及结构的表征。(2)通过等温吸附曲线、Scatchard分析及动力学曲线等对MIP的吸附性能进行评价。(3)采用静态吸附法评价MIP对不同底物的结合性能,考察MIP对不同底物的结合能力。(4)通过吸水溶胀实验,评价MIP的溶胀行为。2.4 MIP的体外释药及体外降解性能(1)采用浸泡吸附法制备载药茶碱MIP,计算药用利用率及载药量。(2)初步研究茶碱MIP在PBS中的释药行为。(3)考察PCL二醇及茶碱MIP的体外降解行为。3.结果3.1丙烯酰化PCL的制备通过对PCL二醇丙烯酰化反应中,丙烯酰氯的用量和滴加方法、反应温度、反应体系等因素的考察,我们确定了 PCL交联剂的优化制备工艺:PCL二醇(M=2000)2mmol溶于20ml除水后苯中,常温搅拌的条件下用滴液漏斗加入溶解于3ml苯中的6mmol丙烯酰氯,滴加完成后加入6mmol三乙胺,升温至80℃恒温搅拌3h。反应完成后过滤,将滤液倒入盛有80mL正己烷的烧杯中,20℃下静置15h后烧杯底部有白色蜡状的固体沉淀产生,将固体沉淀35℃下真空干燥24h备用。采用优化工艺制备的PCL交联剂的红外光谱中,可以看到3451cm-1处的末端羟基的特征峰经过丙烯酰化修饰后几乎消失,在1600cm-1处有C=C双键吸收,以上说明丙烯酰化反应成功。3.2 MIP的制备通过考察模板分子与功能单体、交联剂的用量比等因素,确定MIP的制备工艺:即0.2mmol茶碱超声1Omin溶于15ml氯仿中,加入功能单体丙烯酸0.8mmol,室温下静置30min。加入交联剂丙烯酰化的PCL1.5mmol和引发剂0.5mmol,引发剂由0.1g安息香双甲醚溶于1mlN-乙烯基吡咯烷酮中制得。混合溶液在低强度波长为366nm的紫外光下照射1h,即得凝胶状的聚合物。将聚合物用200ml的氯仿-冰醋酸(9:1,体积比)溶液连续抽提,直至洗脱液中检测不到模板分子茶碱,再用氯仿洗去冰醋酸,于40℃真空干燥24h,即得茶碱分子印迹聚合物。反应体系中加入模板分子茶碱与功能单体丙烯酸用量比为1:4,分别为0.2mmol和0.8mmol,加入交联剂丙烯酰化的PCL二醇的量(1.5mmol),占反应体系总量的95%,加入光引发剂在紫外光照射下1h即得茶碱印迹聚合物。3.3 MIP的结构表征SEM结果表明:制备的印迹聚合物表面光滑无孔,与非印迹聚合物无明显差别。红外光谱显示:MIP、NIP未出现C=C双键的吸收峰,说明自由基聚合反应进行完全。交联剂在聚合物中所占比重大,因此IR显示的吸收峰主要来自交联剂。MIP和茶碱的DSC表征说明,MIP在模板分子茶碱有明显热量变化处无相应的热量变化,说明茶碱与MIP中的其它成分结合形成了配合物。3.4 MIP的性能评价MIP对模板分子茶碱的吸附与底物浓度及吸附时间有关,随着溶液中茶碱浓度的升高,MIP对茶碱的吸附量逐渐增加,当茶碱溶液浓度为0.06mmo1/L时,基本达到吸附平衡,对茶碱的吸附在初始的1h内吸附迅速、速率快,到3h左右基本到吸附平衡。MIP对茶碱的吸附量为1.27μmol/g,约为对其结构类似物咖啡因的吸附量(0.23μmol/g)的5倍,说明MIP对茶碱具有选择性的吸附性能。这是因为印迹聚合物不仅具有识别模板分子茶碱的官能团,能与茶碱发生相互作用,同时还留有模板分子茶碱的空穴,与茶碱分子空间相匹配,因此对茶碱表现出专一的识别性;而对其结构类似物咖啡因的吸附仅表现为官能团的相互作用。吸水溶胀实验表明,印迹聚合物的溶胀性能高于非印迹聚合物,且在pH较高的环境中溶胀更明显。3.5载药MIP的体外释药行为(1)药物浓度是10μg/ml时,载药茶碱-MIP的载药量为1.54%,对药物的利用率为12.48%。(2)在模拟体液中研究聚合物对药物的释放行为发现,在3～6h内药物近似于匀速释放;6～12h区间内,出现药物释放的平台期;从12h起药物又近似于匀速从聚合物中缓慢释放。经过24h累计释放后,累计释药百分率为11.6%。3.6载药MIP的体外降解行为在观察时间范围内MIP的降解速率高于PCL二醇,MIP的降解率为6.60%,约为PCL二醇的降解率1.33%的5倍。丙烯酰化的PCL二醇降低了原有物质PCL的结晶度,加快了降解速率,因此以丙烯酰化的PCL二醇为交联剂制备的MIP的降解速率高于PCL二醇,在观察时间内有良好的生物降解性能。有望成为一种新型的药物载体材料。4.结论4.1制备了一种基于生物可降解聚ε-己内酯的交联剂——丙烯酰化PCL,采用紫外光引发聚合法,以茶碱为模板分子,丙烯酸为功能单体,丙烯酰化的PCL为交联剂制备了茶碱分子印迹聚合物(MIP)及空白印迹聚合物(NIP)。制得的MIP表面光滑,具有吸水溶胀性能。4.2 MIP在浓度为0.01mmol/L的茶碱溶液中对茶碱的吸附量为0.25μmol/g,NIP为0.15μmol/g;当茶碱溶液浓度为0.06mmol/L,MIP对茶碱吸附量为1.40μmol/g,NIP为0.84μmol/g。吸附量与底物的浓度及吸附时间有关。茶碱在3h左右基本达到吸附平衡,当茶碱浓度为0.06mmol/L时,MIP的吸附量趋于饱和。MIP对茶碱的吸附量远远大于对其结构类似物咖啡因的吸附量,表明MIP对茶碱具有专一的吸附选择性。这是因为MIP上留有与模板分子茶碱的官能团相互作用的位点,还有与茶碱的立体结构相互补的特定形状的孔穴,因此MIP的吸附性能大于未印迹的聚合物NIP,且对模板分子茶碱表现出特殊的选择性。4.3制备的分子印迹聚合物对茶碱的载药量为1.54%,药物利用率为12.48%。经过24h累计释放后,累计释药百分率为11.6%。MIP在生物体液介质中降解缓慢,降解率为6.60%,有望成为一种优良的长效释药载体。