QCM和激光光散射研究新型生物相容性微凝胶及其与蛋白质的相互作用

In this project, we select four biocompatible monomers and plan to synthesize four types of novel microgels with different monomer-combinations. Combined methods of light scattering, electron microscopy, Zeta potential and UV spectroscopy, etc. are employed to systematically study the size and size-distribution, morphologies, microstructures, responsibility to external stimuli and drug-loading properties of these novel microgels. Several novel microgels with optimum properties will be then obtained, which will be biocompatible, with uniform size, capable of loading and controlled releasing the hydrophilic and/or hydrophobic drugs. Quartz crystal microbalance and light scattering techniques are used to investigate the interactions and interaction mechanism between the model proteins and these optimized novel microgels with or without drug-loadings. The understanding of interaction mechanism between proteins and microgels are significant importance for the real applications of microgels as drug-control-release systems from both of scientific and technical points of views. Especially, the studies of interaction, adsorption kinetic and amount of proteins on the surfaces of microgels with drug-loadings have not been reported yet. Therefore, this project is prospective and has scientific novelty.

本项目选用四种生物相容性良好的单体，拟合成四种单体组合的新型微凝胶体系，采用激光光散射、电镜、Zeta电位仪、紫外光谱等方法系统研究新型微凝胶的尺寸和均匀性、形貌、微观结构均匀性、对外界刺激的响应性能和载药性能等，以获取几种具有生物相容性的、能同时或分别对亲水性药物和疏水性药物进行有效负载和可控释放的优选新型微凝胶体系，采用石英晶体微天平仪和激光光散射法重点研究载药前后优选新型微凝胶体系与模型蛋白质间的相互作用机理。充分了解微凝胶与蛋白质间的相互作用及其机理对微凝胶体系在药物控制释放领域的真正应用具有重要的理论和实际意义，特别蛋白质在载药后的微凝胶表面上的吸附作用过程和吸附量研究目前在国内外还没有相关报道，具有科学的前瞻性。

本项目主要研究了环境响应性微凝胶的制备，结构与性能及其可能应用，同时研究了环境响应性多嵌段共聚物的溶液和吸附行为。成功制备了聚(甲氧基二(乙二醇)甲基丙烯酸酯-co-2-甲烷氧基乙基丙烯酸酯)微凝胶，系统研究其与模型蛋白质间的相互作用，结果表明该微凝胶与所吸附蛋白质层的界面相互作用主要由静电相互作用决定，而共单体甲烷氧基乙基丙烯酸酯的引入降低了微凝胶与蛋白质的相互作用。首次获得了新型微凝胶体系——聚（N-乙烯基吡咯烷酮）微凝胶，该微凝胶具有很好的生物相容性，能被细胞胞吞和能对亲水药物异烟肼进行有效负载和可控释放。建立了采用无皂乳液聚合和原位季铵化交联制备温敏性离子型微凝胶的方法，所得微凝胶尺寸均匀，能够长期稳定，获得了一系列新型功能性微凝胶体系，包括可控降解的温敏性离子型微凝胶和能有效检测水中痕量重金属离子污染物的新型微凝胶体系等。证明了含聚N-异丙基丙烯酰胺（PNIPAm）链段的嵌段聚合物在固体表面发生大量异常吸附现象是由于PNIPAm链段的存在，与聚氧化丙烯（PPO）和聚氧化乙烯（PEO）链段无关；而且只有PNIPAm链段长度大于一定值可以保持其最低溶液温度（LCST）时,才会在其LCST时发生大量吸附，促进了多嵌段共聚物的链构象、溶液行为和相行为的进一步深入研究。本项目已在SCI收录的国内外重要学术刊物上发表文章11篇，获授权国家发明专利5项。