高分子纳米水凝胶微球制备新技术及其生物医用研究

Polymeric hydrogel, a kind of significant biomaterials, has attracted much attention in scientific community. A great progress of the application of polymeric hydrogels has been archived in the biomedical fields, such as scaffolds for tissue engineering, vehicles for drug delivery, matrix for cell culture technique, enrichment and detection for biomarkers. Compared with the demands of the biomedical applications, the preparation techniques of polymeric nanohydrogels can't meet the requirements of the application, and the development is quite slow. Under this condition, we develop a new preparation method - reflux precipitation polymerization - for high efficient preparation of polymeric nanohydrogels, which will realize the facile preparation and structured control of the monodispersed polymeric nanohydrogels, the formation mechanism and the key preparation parameters also will be investigated. Based on the above studies, the well-defined magnetic composite microspheres with biodegradability and biocompatibility will be fabricated, these composite nanohydrogels will fulfill the demands for targeted drug delivery system,contust agents or enrichment of functional proteins (biomarkers), the relative investigation for drug delivery and biomarker detection also will be conducted in this project.

高分子凝胶材料作为重要的生物医用材料近年来得到了科学界的高度关注，其在组织工程、药物传递、细胞培养基质及生物标志物富集检测等方面的研究取得了令人瞩目的进展。与目前的生物医用需求相比，高分子纳米水凝胶微球的制备技术还远不能满足实用要求，且发展缓慢。本申请针对当前高分子纳米水凝胶制备存在的问题，提出了一种制备高分子纳米水凝胶的新技术- - 回流沉淀聚合技术，实现对单分散高分子纳米水凝胶微球的高效制备及结构控制，并从原理上阐明其形成机制及关键控制参数；在此基础上，进行具有特定功能结构（如空心及核壳等）的有机无机磁性复合凝胶微球的制备研究，获得具有生物相容和可生物代谢的凝胶微球，可满足靶向药物载体、多功能造影剂及翻译后修饰蛋白（生物标志物）富集分离的功能要求，并在生物医用方面进行一些探索研究。

高分子凝胶材料作为重要的生物医用材料近年来在组织工程、药物传递、细胞培养基质及生物标志物富集检测等方面的研究取得了令人瞩目的进展。但与目前的生物医用需求相比，高分子纳米水凝胶微球的制备技术还远不能满足实用要求，且发展缓慢。本项目针对高分子纳米水凝胶制备存在的问题，发展和完善了一种制备高分子纳米水凝胶的新技术--回流沉淀聚合技术，实现对单分散高分子纳米水凝胶微球的高效制备及结构控制，并在原理上阐明其形成机制及关键控制参数；在此基础上，进行了具有特定功能结构（如空心及核壳等）的有机无机磁性复合凝胶微球的制备研究，获得了具有生物相容和可生物代谢的凝胶微球，并在靶向药物载体、多功能造影剂及翻译后修饰蛋白（生物标志物）富集分离等领域进行了深入探索。实验结果显示，该方法适合制备尺寸在50纳米~ 4微米间可控单分散凝胶微球，包括实心、空心及包覆磁性粒子等各种类型的复合微球。通过适当的靶向及PEG等修饰，此类微球对体内的GSH及pH具有非常好的响应性，可以制备高效的纳米药物载体及诊治一体化载体。含二硫吡啶基团的核壳结构磁性复合微球MSP/SiO2-SSPy对富集分离棕榈酰化翻译后修饰蛋白具有非常优异的效能，具有非常优异的实验操控性和极高的蛋白选择性，实验结果显示能达到1:500（棕榈酰化蛋白和非棕榈酰化蛋白质量比）的水平；同时，该微球对于棕榈酰化肽段具有较大的富集容量，能达到25 μg/mg（棕榈酰化肽段质量/微球质量），并且具有极低的检测限（0.1 ng/200 μL；每次操作量为200 μL），可以进行实际样本的富集，在老鼠大脑中发现1364条棕榈酰化蛋白。通过本项目研究，目前已经发表标有项目资助的SCI论文23篇，授权中国发明专利6项，申请中国发明专利4项。项目执行期间，参加国际会议并做邀请报告9次。在课题进行中，我们也开展了广泛的国际国内合作，其中合作发表SCI研究论文10篇。