纳米凝胶的研究进展.doc

纳米凝胶的研究进展纳米凝胶的研究进展摘要:纳米凝胶是由亲水性或两亲性高分子链组成的三维网状结构,它能显著的溶胀于水但是不溶解于水,由于水和凝胶网络的亲和性,水可能以键合水、束缚水和自由水等形式存在于高分子网络中而失去流动性,因此纳米凝胶能够保持一定的形状。它们可以作为一种药物载体,而且也可以通过盐键,氢键或者疏水作用自发的结合一些生物活性分子。高分子电解质的纳米凝胶可以稳定地结合带相反电荷的小分子药物和生物大分子,比如寡或多聚核苷酸(siDNA,DNA)和蛋白质。目前的研究表明纳米凝胶在生物医药方面有很广阔的应用前景。关键词:纳米凝胶药物载体前言纳米凝胶通常指的是由物理或者化学交联的聚合物网络组成的水凝胶颗粒,它是一种纳米尺度的水分散体。按形成的化学键,凝胶分为两种:一种是化学凝胶(聚合物凝胶),这种凝胶是由交联的共价键而形成的三维网络结构,比如PEG-cl-PEI。另一种是物理凝胶,是由非共价键形成的三维网络结构,比如甘露糖类,右旋糖酐等。按溶剂分,则一般分为有机凝胶和水凝胶。纳米凝胶可以很好的作为药物运输载体是因为它们有很高的负载能力,高的稳定性,更重要的是相对于普通的药物纳米载体,它们对环境敏感,比如离子强度,pH和温度。至从2002年第一篇关于纳米凝胶的合成与应用的综述发表后,这类新颖的纳米结构材料在药物,大分子和显影剂运输方面受到人们越来越大的关注。这篇综述简单介绍了纳米凝胶的合成与应用,尤其是药剂学方面的应用。没有负载的纳米凝胶含有大量的水而处于一种溶胀的状态。纳米凝胶可以通过生物活性因子与其多聚链基质之间的静电作用,范德华力或者疏水作用自发的负载这些因子。因此,纳米凝胶塌陷而形成稳定的纳米粒子,生物活性因子负载其中。可以在其结构中加入分散的亲水性聚合物比如聚乙二醇来阻止纳米凝胶的聚集。在负载药物的纳米凝胶络合物塌陷的过程中,这类聚合物可以暴露在其表面并形成一个亲水的保护层从而阻止了相分离。纳米凝胶表面的官能团可以进一步的用各种不同的靶向基团修饰以达到靶向输送特定部位的目的。研究表明纳米凝胶可以将其负载送到细胞里面并穿过生物膜。这种纳米凝胶有很好的稳定性并且可以保护生物活性因子不被细胞内代谢系统降解。纳米凝胶在全身性药物输送及提高口服和脑部位的生物利用度方面表现出很大的潜能。1纳米凝胶的制备目前报道的制备纳米凝胶的方法有以下几种:(1)聚合物之间的物理自组装;(2)均相或微小非均相环境下的单体聚合;(3)形成了的聚合物交联;(4)模板辅助。下面详细介绍这几种方法。许多研究团队用聚合物之间的物理自组装制备了各种不同的纳米凝胶。这种方法通常包括控制亲水性聚合物之间通过疏水作用或者静电作用或者氢键导致的聚集。这种制备纳米凝胶的方法在温和条件和水介质中进行。亲水性聚合物相互作用将生物大分子包裹其中,并且对于制备负载蛋白质的纳米凝胶非常有用。比如Akiyoshi等人通过胆固醇修饰的淀粉之间的疏水作用制备了负载胰岛素的纳米凝胶(如图1a)【1】。这种纳米凝胶在一个窄的胆固醇∕糖比例(1:40-1:100)图1水性介质中物理自组装形成纳米凝胶下形成,其粒径为20-30nm,每个纳米粒包含5个胰岛素分子。自组装纳米凝胶的粒径通过选择合适浓度的聚合物和环境参数,比如pH值,离子强度和温度来控制。Yu等人制备了温度诱导凝胶化的蛋白质纳米凝胶,其组成是带相反电荷的蛋白质,比如卵清蛋白和溶菌酶或卵转铁蛋白【2】。同样地,可以制备组成为壳多糖和卵清蛋白的pH和温度诱导的纳米凝胶。【3】Gref和他的同伴研究了不同粒径的自组装纳米凝胶,其为十二烷基修饰的右旋糖酐和β-环糊精在水性介质中相互作用形成(如图1b)。【4】他们通过一个大的浓度范围的此两种聚合物相互作用制备了粒径在120-150nm的凝胶。制得的纳米凝胶很稳定,而且发现通过冷冻干燥可以获得长时间的保存。不同胶态环境下的化学合成为改造纳米凝胶的结构和性质提供了一个手段。有一些研究报道用反向油包水微乳作为介质来聚合单体形成凝胶,加入双官能团的单体作为交联剂以保证得到稳定地胶状纳米网络(图2a)。Speiser等人首先共聚合成反向微胶粒。【5】Levashow和他的同伴发展了Speiser的方法,他们用丙烯酰***和N,N-亚***双丙烯酰***共聚物制成纳米凝胶来共价固定酶。图2在胶态环境下共聚合成纳米凝胶不稳定键通常在聚合过程中被引入到纳米凝胶中,当破坏它们后药物便释放出来。Frechet等人在反向微乳中通过自由基聚合合成可降解的丙烯酰***纳米凝胶,其中还包含了对酸敏感的乙缩醛交联剂,此凝胶被用来负载蛋白质,抗体和DNA。【6】乙缩醛基团在pH=7环境下很稳定(t1/2=24h),但是在酸性胞内体pH值环境下马上就被水解导致纳米凝胶降解从而释放出负载(t1/2=5min)【7】【8】。Matyja