基于两亲性海藻酸盐的载药乳液的微观机制和多尺度模拟

Alginate is a natural anionic polysaccharide, which has a favorable biocompatibility and biodegradability, thus it has a broad application prospect. Meanwhile, china is rich in algae resources for development. Moreover, polyelectrolyte/surfactant system always is a hot topic in study because of its wide application. However, the polyelectrolyte and the surfactant with opposite charges are easy to reach an irreversible precipitation, which leads to a new research direction for the non-ionic surfactant with high stability, good biodegradability and low toxicity. Besides, computer simulation has been a key approach for scientific researches, and it is helpful to understand the microscopic mechanism of the polyelectrolyte/surfactant composite system at the molecule level. Therefore, in order to deeply reveal the structure and function of higher order aggregates formed by natural polymers and surfactants, this task attempt to combine a series of experimental techniques and computational approaches, especially mesoscale simulations, to explore the synergistic effect between amphiphilic alginate derivative and alkyl glycoside and the corresponding controlled drug loading and release mechanism. In general, these studies can provide the theoretical basis for all potential applications of the composite system.

海藻酸是一种天然阴离子聚电解质多糖，其具有良好的生物相容性和可降解性，有着广泛的应用前景。同时，中国拥有丰富的海藻资源可供开发。目前，聚电解质高分子/表面活性剂体系因其应用广泛一直是人们研究的热点。然而，聚电解质与带相反电荷的表面活性剂复配时易于发生不可逆沉淀，使得人们的研究方向正逐渐转到稳定性高、生物降解性好且环保低毒的非离子表面活性剂。此外，计算机模拟已经成为科学研究的重要手段，而聚电解质高分子与表面活性剂的复配体系的微观机制研究中需要理解两者在分子水平上的相互作用机理，因此，本课题将在实验研究的基础上结合计算机模拟的方法来探讨两亲性海藻酸衍生物和烷基糖苷等之间的协同效应及其用于载药的控缓释机制，以在微观角度来更深刻地理解高分子与表面活性剂等所形成的有序聚集体的结构和功能，为这类复配体系在各个潜在领域的应用提供理论基础。

通过计算机模拟指导载体材料和载药体系设计，基于两亲性海藻酸盐构建了3种载药系统（水乳液、Pickering乳液、复合水凝胶），探讨两亲性海藻酸衍生物和绿色表面活性剂之间的协同效应、稳定机制及其用于载药的控缓释机制，进一步探索高分子与非离子表面活性剂等所形成的有序聚集体的结构和功能，为设计和制备能有效减少农药对土壤环境污染的绿色环保型农药制剂等潜在应用领域提供理论基础。.（1）水乳液：首先制备了Ugi改性海藻酸钠作为两亲性药物载体材料。研究发现，弱碱性条件和提高改性海藻酸钠的分子量及浓度均有利于增强农药水乳液的稳定性；提高改性海藻酸钠的分子量有利于提升药液在叶片表面的润湿性及粘附性，从而增加农药在叶片上的沉积量。再制备得多巴胺改性海藻酸钠，通过与Ugi改性海藻酸钠药液体系对比，发现多巴胺改性海藻酸钠药液体系在叶片上的润湿性及粘附性更好，吸附量更高。.（2）Pickering乳液：首先探究了Ugi-Alg/SiO2协同稳定的Pickering乳液，研究发现Ugi-Alg与SiO2之间具有协同效应。颗粒浓度为2 wt%，pH=3.44时的高分子量Ugi改性海藻酸钠体系具有最好的稳定性和黏弹性。再利用主客体作用，制备了Ugi-Alg-CD/Azo-PEG协同稳定的具有光响应的Pickering乳液，并将其成功用于光控释放药物。.（3）复合水凝胶：首先基于海藻酸钠、聚丙烯酰胺和蒙脱土制备了一种复合水凝胶，以用于水不溶性农药的控缓释领域。研究发现，添加适量的蒙脱土可提升水凝胶对农药的缓释性能。当蒙脱土5%时，此纳米复合水凝胶对啶虫脒具有最大装载率（13.32%）和最小释放率（76.11%）。再将海藻酸钠改为Ugi改性海藻酸钠可进一步提升复合水凝胶的性能，其最大断裂应变达到2000%，最大装载率高至81.30%，累计87h的释放率低至6.68%。