pH敏感接枝型兩親性聚氨酯藥物載體：制備工藝與性能研究一、引言1.1研究背景與意義在現代醫學領域，藥物傳遞系統的發展對于提高藥物療效、降低藥物副作用以及實現精準治療具有至關重要的意義。傳統的藥物治療方式往往存在藥物利用率低、靶向性差等問題，導致大量藥物在到達病變部位之前就被代謝或分布到其他正常組織，不僅浪費了藥物資源，還可能對正常組織產生不必要的毒副作用。因此，開發高效、安全、具有靶向性的藥物載體成為了藥物傳遞領域的研究熱點。pH敏感接枝型兩親性聚氨酯藥物載體作為一種新型的藥物傳遞系統，近年來受到了廣泛的關注。其獨特的結構和性能使其在藥物傳遞過程中展現出諸多優勢。從結構上看，該載體具有兩親性，即同時包含親水基團和疏水基團。這種結構特點使得它在水溶液中能夠自發組裝形成納米級別的膠束結構，疏水內核可以有效地包裹疏水性藥物，而親水外殼則賦予膠束良好的水溶性和穩定性，使其能夠在血液循環中穩定存在，減少藥物的提前釋放和降解。pH敏感性是該藥物載體的另一大顯著特性。在不同的pH環境下，載體分子中的某些基團會發生質子化或去質子化反應，從而導致載體的結構和性質發生變化。例如，在生理pH（7.4左右）條件下，載體相對穩定，藥物釋放緩慢；而當載體到達腫瘤組織或炎癥部位等微酸性環境（pH通常在5.0-6.5之間）時，載體分子的結構會發生改變，變得更加親水，從而加速藥物的釋放。這種pH響應性的藥物釋放機制能夠實現藥物在病變部位的精準釋放，提高藥物在病變部位的濃度，增強治療效果，同時減少對正常組織的影響，降低藥物的毒副作用。聚氨酯材料本身具有良好的生物相容性、可生物降解性以及可調節的物理化學性質，這為其作為藥物載體的應用奠定了堅實的基礎。通過在聚氨酯分子鏈上接枝具有pH敏感特性的功能基團，可以進一步拓展其在藥物傳遞領域的應用范圍和性能。例如，選擇合適的pH敏感基團，如丙烯酸、甲基丙烯酸等，通過化學反應將其接枝到聚氨酯主鏈上，能夠精確調控載體對pH變化的響應程度和藥物釋放行為。此外，還可以通過改變聚氨酯的軟段和硬段組成、接枝率等參數，優化載體的物理化學性質，如粒徑大小、穩定性、載藥能力等，以滿足不同藥物和治療需求。pH敏感接枝型兩親性聚氨酯藥物載體在藥物傳遞系統中具有獨特的優勢，為解決傳統藥物治療中的諸多問題提供了新的思路和方法，對推動現代醫學的發展，尤其是在癌癥治療、炎癥治療等領域具有重要的意義。通過深入研究其制備工藝、性能調控以及在體內外的藥物傳遞行為，有望開發出一系列高效、安全的新型藥物制劑，為臨床治療帶來新的突破和變革。1.2研究目的與內容本研究旨在制備pH敏感接枝型兩親性聚氨酯藥物載體，并深入研究其性能，為新型藥物傳遞系統的開發提供理論基礎和實驗依據。具體研究內容包括以下幾個方面：藥物載體的制備：通過選擇合適的聚氨酯原料，如特定的二異氰酸酯、多元醇以及擴鏈劑，采用溶液聚合法或熔融聚合法等方法合成聚氨酯預聚體。隨后，利用化學反應將具有pH敏感特性的功能基團，如丙烯酸、甲基丙烯酸等，接枝到聚氨酯預聚體的分子鏈上，探索不同的反應條件，如反應溫度、反應時間、反應物比例等對產物結構和性能的影響，優化制備工藝，以獲得具有理想結構和性能的pH敏感接枝型兩親性聚氨酯藥物載體。藥物載體的性能測試：運用多種表征手段對制備的藥物載體進行全面的性能測試。通過動態光散射（DLS）技術測量載體的粒徑大小及其分布，了解載體在溶液中的分散狀態；采用透射電子顯微鏡（TEM）觀察載體的微觀形態，如是否形成規整的膠束結構；利用傅里葉變換紅外光譜（FT-IR）分析載體分子的化學結構，確定pH敏感基團是否成功接枝到聚氨酯分子鏈上；通過zeta電位分析儀測定載體的表面電位，評估載體的穩定性。研究載體的載藥性能，包括載藥量和包封率的測定。將不同種類的藥物，如疏水性的紫杉醇、阿霉素等，與制備的載體進行負載實驗，采用高效液相色譜（HPLC）等方法準確測定載藥量和包封率，考察載體對不同藥物的負載能力和效率。探究載體的pH響應性藥物釋放行為。在不同pH值的緩沖溶液中，模擬生理環境（pH7.4）和腫瘤組織微酸性環境（pH5.0-6.5），通過定時取樣并使用HPLC或紫外-可見分光光度計（UV-Vis）等手段監測藥物的釋放量，繪制藥物釋放曲線，分析載體在不同pH條件下的藥物釋放速率和釋放機制。藥物載體性能的影響因素分析：研究聚氨酯軟段和硬段組成對藥物載體性能的影響。改變聚氨酯中軟段（如聚醚、聚酯多元醇）和硬段（如二異氰酸酯與擴鏈劑反應形成的鏈段）的種類和比例，制備一系列不同組成的載體，測試其粒徑、穩定性、載藥能力和pH響應性藥物釋放性能等，分析軟段和硬段組成與載體性能之間的關系，為優化載體性能提供理論指導。考察接枝率對藥物載體性能的影響。通過調整接枝反應的條件，制備具有不同pH敏感基團接枝率的載體，研究接枝率變化對載體的結構、表面性質、穩定性以及藥物釋放行為的影響規律，確定最佳的接枝率范圍，以實現對載體性能的精準調控。1.3國內外研究現狀在藥物載體領域，pH敏感接枝型兩親性聚氨酯藥物載體的研究近年來取得了顯著進展，國內外眾多科研團隊從不同角度對其展開深入探究。國外方面，[具體團隊1]通過精心設計的溶液聚合法，成功將丙烯酸接枝到聚氨酯分子鏈上，制備出了pH敏感接枝型兩親性聚氨酯藥物載體。借助先進的表征技術，如高分辨率透射電子顯微鏡（HR-TEM）和小角X射線散射（SAXS），對載體的微觀結構進行了深入分析，發現其在酸性環境下能夠迅速發生結構轉變，有效促進藥物釋放。同時，該團隊通過細胞實驗和動物模型研究，驗證了該載體在腫瘤治療中的高效性和低毒性，為腫瘤靶向治療提供了新的策略和思路。[具體團隊2]則創新性地采用原子轉移自由基聚合（ATRP）技術，精確控制甲基丙烯酸的接枝過程，制備出具有窄分布粒徑和高接枝率的藥物載體。運用多種現代分析手段，如核磁共振波譜（NMR）和動態光散射（DLS），對載體的化學結構和粒徑分布進行了詳細表征，結果表明該載體在生理環境中具有良好的穩定性，而在腫瘤微酸性環境下，能夠快速響應并釋放藥物，顯著提高了藥物的治療效果。國內研究也成果豐碩。[具體團隊3]采用熔融聚合法，將具有pH敏感特性的聚（2-二乙氨基）甲基丙烯酸乙酯（PDEAEMA）接枝到聚氨酯主鏈上，成功制備出新型藥物載體。利用傅里葉變換紅外光譜（FT-IR）、熱重分析（TGA）和差示掃描量熱法（DSC）等手段，對載體的化學結構和熱性能進行了全面表征，深入研究了載體的載藥性能和pH響應性藥物釋放行為。實驗結果顯示，該載體對多種疏水性藥物具有較高的載藥量和包封率，且在模擬腫瘤微環境的酸性條件下，藥物釋放速率明顯加快，展現出良好的應用前景。[具體團隊4]通過乳液聚合法，將pH敏感的丙烯酸和甲基丙烯酸混合接枝到聚氨酯分子鏈上，制備出具有獨特性能的藥物載體。通過掃描電子顯微鏡（SEM）、zeta電位分析儀和高效液相色譜（HPLC）等技術，對載體的形貌、表面電位和載藥性能進行了系統研究，發現該載體在不同pH值環境下能夠呈現出不同的表面性質和藥物釋放行為，為實現藥物的精準控制釋放提供了有力支持。盡管目前國內外在pH敏感接枝型兩親性聚氨酯藥物載體的研究上已取得一定成果，但仍存在一些不足之處。部分研究中制備的載體在載藥量和包封率方面有待進一步提高，難以滿足臨床治療的需求。載體的穩定性和生物相容性研究還不夠深入，長期使用可能對生物體產生潛在的不良影響。此外，對于載體在體內的藥物傳遞機制和代謝過程，尚未完全明晰，這在一定程度上限制了其臨床應用。二、pH敏感接枝型兩親性聚氨酯藥物載體的制備2.1制備原理2.1.1聚氨酯的合成原理聚氨酯的合成是基于異氰酸酯與多元醇之間的化學反應，這是一個典型的逐步加成聚合過程。其基本反應方程式可簡單表示為：nRa??NCO+nHOa??R'a??[a??NHCOOa??R'a??]n，其中Ra??NCO代表異氰酸酯，HOa??R'代表多元醇。在反應過程中，異氰酸酯中的a??NCO基團（異氰酸酯基）具有高度的反應活性，能夠與多元醇中的羥基(a??OH)發生親核加成反應。首先，多元醇分子中的羥基氧原子作為親核試劑，進攻異氰酸酯基中的碳原子，形成一個不穩定的中間過渡態。隨后，該過渡態迅速發生重排，氫原子從羥基轉移到氮原子上，最終生成穩定的氨基甲酸酯基團(a??NHCOOa??)。通過這樣的反應，異氰酸酯和多元醇分子不斷地連接起來，形成長鏈狀的聚氨酯分子。以甲苯二異氰酸酯（TDI）和聚丙二醇（PPG）為例，它們之間的反應過程如下：TDI分子中的兩個a??NCO基團分別與PPG分子兩端的羥基發生反應，逐步形成聚氨酯預聚體。隨著反應的進行，更多的TDI和PPG分子參與反應，預聚體的分子量不斷增大，最終形成具有一定分子量和結構的聚氨酯聚合物。在實際合成中，為了控制反應速率和產物的性能，通常還會加入適量的催化劑，如二月桂酸二丁基錫等。催化劑能夠降低反應的活化能，加速異氰酸酯與羥基的反應速率，使反應能夠在較為溫和的條件下進行。此外，除了異氰酸酯與羥基的反應外，異氰酸酯還能與其他含有活潑氫的化合物發生反應，如胺基、羧基等。這些反應在聚氨酯的合成和改性中也具有重要的應用，例如通過引入胺基可以制備具有特殊性能的聚氨酯脲，通過與羧基反應可以實現聚氨酯的交聯等。但在制備pH敏感接枝型兩親性聚氨酯藥物載體時，主要利用的是異氰酸酯與多元醇的反應來構建聚氨酯的主鏈結構。2.1.2pH敏感基團與兩親性結構的引入為了賦予聚氨酯藥物載體pH敏感特性和兩親性結構，需要通過特定的化學反應將相應的功能基團引入到聚氨酯分子鏈上。pH敏感基團的引入通常采用化學反應接枝的方法。例如，選擇丙烯酸（AA）作為pH敏感基團，在引發劑的作用下，通過自由基聚合反應將AA接枝到聚氨酯分子鏈上。具體反應過程為：首先制備含有不飽和雙鍵的聚氨酯預聚體，然后將其與丙烯酸、引發劑（如偶氮二異丁腈，AIBN）等混合，在適當的溫度和反應時間條件下進行反應。引發劑在加熱或光照條件下分解產生自由基，這些自由基能夠引發丙烯酸單體的聚合，并同時與聚氨酯預聚體分子鏈上的雙鍵發生加成反應，從而將聚丙烯酸鏈段接枝到聚氨酯分子鏈上。聚丙烯酸鏈段在不同pH環境下會發生質子化和去質子化反應。在酸性環境中，羧基(a??COOH)保持質子化狀態，分子鏈呈卷曲狀態，載體結構相對穩定；而在堿性環境中，羧基去質子化形成羧酸根離子(a??COO^-)，分子鏈由于靜電排斥作用而伸展，導致載體的結構和性能發生改變，從而實現對pH變化的響應。這種pH響應性能夠使藥物載體在特定的pH環境下，如腫瘤組織的微酸性環境中，發生結構變化，促進藥物的釋放。兩親性結構的構建則是通過在聚氨酯分子鏈中同時引入親水基團和疏水基團來實現。一種常見的方法是使用含有親水鏈段和疏水鏈段的嵌段共聚物作為原料。例如，聚乙二醇（PEG）是一種常用的親水鏈段，聚己內酯（PCL）是一種疏水鏈段。首先合成一端帶有羥基的PEG和一端帶有羥基的PCL，然后將它們與二異氰酸酯進行反應。在反應過程中，二異氰酸酯分別與PEG和PCL的羥基發生反應，將PEG和PCL連接到聚氨酯分子鏈上，形成具有兩親性結構的聚氨酯。在水溶液中，這種兩親性聚氨酯會自發組裝形成膠束結構，其中疏水的PCL鏈段聚集在膠束的內核，而親水的PEG鏈段則分布在膠束的外殼。這種膠束結構能夠有效地包裹疏水性藥物，提高藥物的溶解度和穩定性，同時親水外殼使得膠束能夠在水性環境中穩定存在，有利于藥物在體內的運輸和傳遞。pH敏感基團和兩親性結構的引入對藥物載體的性能具有顯著影響。pH敏感基團賦予載體對環境pH變化的響應能力，實現藥物的精準釋放；兩親性結構則使載體能夠形成穩定的膠束，提高藥物的負載能力和穩定性。通過合理設計和調控這些結構，可以制備出性能優良的pH敏感接枝型兩親性聚氨酯藥物載體，滿足不同的藥物傳遞需求。2.2實驗材料與儀器2.2.1實驗材料在合成pH敏感接枝型兩親性聚氨酯藥物載體的過程中，使用了多種關鍵材料，每種材料都在載體的合成及性能賦予中發揮著獨特且不可或缺的作用。異氰酸酯：選用甲苯二異氰酸酯（TDI）作為異氰酸酯原料，其化學結構中含有兩個高度活潑的異氰酸酯基(a??NCO)，這使得它能夠與多元醇等含有活潑氫的化合物發生快速且高效的加成反應，從而為聚氨酯主鏈的構建提供了基礎。在反應中，TDI的兩個a??NCO基團分別與多元醇分子兩端的羥基反應，逐步連接形成聚氨酯預聚體，其反應活性和反應位點的特性對于控制聚氨酯的分子量和分子結構具有重要意義。TDI的純度對反應的影響顯著，高純度的TDI（≥99%）能夠確保反應的順利進行，減少副反應的發生，從而保證聚氨酯產物的質量和性能的穩定性。如果TDI中含有雜質，可能會影響其與多元醇的反應速率和程度，導致產物的分子量分布不均勻，進而影響藥物載體的性能，如載藥能力和穩定性等。多元醇：采用聚丙二醇（PPG）作為多元醇組分，PPG具有良好的柔韌性和化學穩定性，其分子鏈上的羥基能夠與TDI中的a??NCO基團發生反應，參與聚氨酯主鏈的形成。PPG的分子量是影響聚氨酯性能的關鍵因素之一。例如，較低分子量的PPG（如PPG-400）能夠使聚氨酯分子鏈較短，剛性相對較大，從而影響載體的柔韌性和溶解性；而較高分子量的PPG（如PPG-2000）則可使聚氨酯分子鏈更長，柔性增加，有利于形成更穩定的膠束結構，但可能會影響反應的速率和產物的結晶性能。在本實驗中，選用PPG-1000作為多元醇，其分子量適中，既能保證聚氨酯具有一定的柔韌性，又能在后續的反應中與其他組分良好地配合，有助于制備出性能優良的藥物載體。pH敏感單體：選擇丙烯酸（AA）作為引入pH敏感特性的單體。AA分子中含有羧基(a??COOH)，在不同pH環境下，羧基會發生質子化和去質子化反應，從而賦予載體pH敏感性。在酸性環境中，羧基保持質子化狀態，分子鏈呈卷曲狀態，載體結構相對穩定；而在堿性環境中，羧基去質子化形成羧酸根離子(a??COO^-)，分子鏈由于靜電排斥作用而伸展，導致載體的結構和性能發生改變，實現對pH變化的響應。AA的純度和聚合活性對載體的pH敏感性能至關重要。高純度的AA（≥99%）能夠確保接枝反應的順利進行，使載體具有準確且靈敏的pH響應性。如果AA中含有雜質，可能會影響其聚合反應的程度和效率，導致接枝到聚氨酯分子鏈上的丙烯酸鏈段長度和分布不均勻，進而影響載體對pH變化的響應能力和藥物釋放行為。兩親性修飾劑：使用聚乙二醇-聚己內酯（PEG-PCL）嵌段共聚物作為兩親性修飾劑。PEG具有良好的親水性，PCL具有疏水性，這種結構使得PEG-PCL在水溶液中能夠自發組裝形成膠束結構，其中疏水的PCL鏈段聚集在膠束的內核，而親水的PEG鏈段則分布在膠束的外殼。在制備藥物載體時，PEG-PCL與聚氨酯分子鏈相互作用，將兩親性結構引入到聚氨酯中，提高載體對疏水性藥物的負載能力和在水溶液中的穩定性。PEG-PCL中PEG和PCL的比例以及分子量對載體的兩親性和膠束形成能力有顯著影響。例如，增加PEG的比例會使膠束外殼更親水，提高載體在水溶液中的穩定性，但可能會影響膠束對疏水性藥物的負載能力；而增加PCL的比例則會增強膠束對疏水性藥物的親和力，但可能會降低載體在水溶液中的穩定性。在本實驗中，選用PEG-PCL（PEG:PCL=1:2，分子量為5000）作為兩親性修飾劑，通過優化其比例和分子量，使載體在保持良好水溶性的同時，能夠有效地包裹疏水性藥物。其他試劑：實驗中還用到了催化劑二月桂酸二丁基錫，它能夠降低異氰酸酯與多元醇反應的活化能，加速反應進程，使反應在較為溫和的條件下順利進行。引發劑偶氮二異丁腈（AIBN）用于引發丙烯酸的自由基聚合反應，使丙烯酸能夠接枝到聚氨酯分子鏈上。這些試劑的用量和純度都需要嚴格控制，以確保反應的順利進行和產物的質量。例如，催化劑用量過少可能無法有效加速反應，導致反應時間延長或反應不完全；而用量過多則可能引發副反應，影響產物的性能。AIBN的分解溫度和分解速率也會影響丙烯酸的聚合反應，需要根據反應條件進行合理選擇和調控。此外，實驗中還使用了甲苯、四氫呋喃等有機溶劑，用于溶解反應物和調節反應體系的粘度，它們的純度和含水量對反應也有一定的影響，需要使用前進行干燥和純化處理。2.2.2實驗儀器在制備pH敏感接枝型兩親性聚氨酯藥物載體的實驗過程中，使用了多種儀器設備，這些儀器各自發揮著關鍵作用，共同確保了實驗的順利進行和數據的準確性。反應裝置：采用四口燒瓶作為反應容器，它具有四個開口，便于安裝攪拌器、溫度計、冷凝管和滴液漏斗等裝置。四口燒瓶的玻璃材質具有良好的化學穩定性和透明性，能夠耐受實驗中使用的各種化學試劑，并且方便觀察反應過程中的現象。攪拌器用于使反應物充分混合，保證反應體系的均勻性，提高反應速率。通過調節攪拌速度，可以控制反應物的擴散和混合程度，避免局部濃度過高或過低導致反應不均勻。溫度計用于實時監測反應溫度，確保反應在設定的溫度范圍內進行。反應溫度對聚合反應的速率、產物的分子量和結構都有顯著影響，因此準確控制溫度至關重要。冷凝管則用于回流反應過程中揮發的溶劑，減少溶劑的損失，保證反應體系的組成穩定。滴液漏斗用于緩慢滴加反應物，精確控制反應物的加入速度，避免反應物瞬間大量加入引發劇烈反應或副反應。測試儀器：傅里葉變換紅外光譜儀（FT-IR）：用于分析藥物載體的化學結構。其工作原理是利用不同化學鍵或官能團對紅外光的吸收特性不同，通過測量樣品對紅外光的吸收光譜，來確定分子中存在的化學鍵和官能團。在本實驗中，通過FT-IR光譜可以判斷聚氨酯分子鏈上是否成功接枝了pH敏感基團丙烯酸，以及兩親性修飾劑PEG-PCL是否與聚氨酯發生了相互作用。例如，在FT-IR光譜中，若出現丙烯酸羧基的特征吸收峰，以及PEG和PCL的特征吸收峰，就表明相應的基團已成功引入到聚氨酯分子中。動態光散射儀（DLS）：用于測量藥物載體的粒徑大小及其分布。它基于光散射原理，當一束激光照射到樣品溶液中的粒子時，粒子會散射光，散射光的強度和頻率會隨著粒子的布朗運動而發生變化。通過測量散射光的變化，可以計算出粒子的粒徑大小和分布情況。在藥物載體研究中，粒徑大小對載體的體內外行為有重要影響，合適的粒徑范圍（通常在10-1000nm之間）有利于載體在血液循環中的穩定性、通過毛細血管的能力以及被細胞攝取的效率。DLS能夠快速、準確地測量載體的粒徑，為優化制備工藝和評估載體性能提供重要依據。透射電子顯微鏡（TEM）：用于觀察藥物載體的微觀形態。它利用電子束穿透樣品，通過電子與樣品相互作用產生的散射和衍射信號，在熒光屏或探測器上形成樣品的圖像。TEM可以提供高分辨率的微觀結構信息，直觀地展示載體是否形成了規整的膠束結構，以及膠束的大小、形狀和內部結構等。通過TEM觀察，可以深入了解載體的微觀特性，為進一步研究其性能和作用機制提供直觀的證據。zeta電位分析儀：用于測定藥物載體的表面電位。其原理是基于電泳現象，當粒子在電場中移動時，由于表面電荷的存在，會產生電泳速度。通過測量粒子的電泳速度，可以計算出其表面的zeta電位。表面電位是影響載體穩定性的重要因素之一，較高的zeta電位（絕對值）意味著粒子之間的靜電排斥力較大，能夠有效防止粒子的聚集和沉淀，提高載體在溶液中的穩定性。在本實驗中，通過zeta電位分析儀可以評估不同制備條件下載體的穩定性，為優化制備工藝提供參考。高效液相色譜儀（HPLC）：用于測定藥物載體的載藥量和包封率。它利用不同物質在固定相和流動相之間的分配系數差異，實現對混合物中各組分的分離和定量分析。在藥物載體研究中，將負載藥物后的載體進行處理，使藥物從載體中釋放出來，然后通過HPLC分析釋放出的藥物量，從而計算出載藥量和包封率。HPLC具有分離效率高、分析速度快、靈敏度高等優點，能夠準確地測定藥物載體的載藥性能，為評估載體的藥物傳遞效率提供關鍵數據。2.3制備方法與步驟2.3.1預聚體的合成在干燥的四口燒瓶中，按照特定的原料配比加入計量好的甲苯二異氰酸酯（TDI）和聚丙二醇（PPG），TDI與PPG的摩爾比控制在2.5:1。向燒瓶中加入適量的甲苯作為溶劑，使反應物充分溶解，形成均一的溶液體系。甲苯的用量需根據反應物的濃度和反應體系的粘度進行調整，一般為反應物總質量的1.5-2倍，以確保反應在良好的溶解狀態下進行。在攪拌狀態下，將四口燒瓶置于恒溫水浴鍋中，升溫至80℃，并保持該溫度進行反應。為了加速反應進程，向反應體系中加入催化劑二月桂酸二丁基錫，其用量為反應物總質量的0.2%。催化劑能夠降低異氰酸酯與羥基反應的活化能，使反應在相對溫和的條件下快速進行。在反應過程中，通過攪拌器以200-300r/min的速度持續攪拌，保證反應物充分混合，避免局部濃度不均勻導致反應異常。同時，利用溫度計實時監測反應溫度，確保溫度波動控制在±2℃范圍內。反應持續進行3h，期間定時取少量反應液進行分析。通過測定反應液的異氰酸酯基（—NCO）含量來監控反應進程，采用二正丁胺滴定法進行測定。當反應液中的—NCO含量達到理論值的90%-95%時，認為預聚體的合成反應基本完成。此時，得到的預聚體為淺黃色透明粘稠液體，其分子鏈兩端含有未反應的—NCO基團，這些活性基團將為后續的接枝反應提供反應位點。在整個預聚體合成過程中，對反應條件的精確控制至關重要。溫度過高可能導致副反應的發生，如異氰酸酯的自聚反應，從而影響預聚體的結構和性能；溫度過低則會使反應速率過慢，延長反應時間，甚至可能導致反應不完全。反應物的比例也會直接影響預聚體的分子量和分子結構，進而影響最終藥物載體的性能。例如，TDI與PPG的摩爾比過高，會使預聚體中—NCO基團含量過高，在后續接枝反應中可能導致交聯過度，使載體的柔韌性和溶解性下降；而摩爾比過低，則可能使預聚體分子量過低，影響載體的穩定性和載藥能力。2.3.2pH敏感基團與兩親性結構的接枝將合成好的聚氨酯預聚體溶液冷卻至50℃，向其中加入丙烯酸（AA）和聚乙二醇-聚己內酯（PEG-PCL）嵌段共聚物。AA與預聚體中—NCO基團的摩爾比為1.2:1，PEG-PCL的用量為預聚體質量的10%。AA的加入是為了引入pH敏感基團，PEG-PCL則用于構建兩親性結構。向反應體系中加入引發劑偶氮二異丁腈（AIBN），其用量為反應物總質量的0.5%。AIBN在加熱條件下會分解產生自由基，引發丙烯酸的聚合反應，并促使其接枝到聚氨酯預聚體分子鏈上。同時，PEG-PCL通過與聚氨酯預聚體分子鏈上的—NCO基團反應，實現兩親性結構的引入。反應在氮氣保護下進行，以排除空氣中氧氣對自由基反應的干擾。將反應體系升溫至70℃，并保持該溫度反應5h。在反應過程中，持續攪拌，攪拌速度控制在150-250r/min，使反應物充分接觸，促進反應的進行。反應結束后，將反應液倒入大量的無水乙醇中進行沉淀，以分離出接枝產物。接枝產物經過多次洗滌，去除未反應的單體、引發劑和溶劑等雜質。具體洗滌方法為：將沉淀后的產物用無水乙醇浸泡30min，然后進行離心分離，重復洗滌3-4次。最后，將洗滌后的產物置于真空干燥箱中，在50℃下干燥至恒重，得到pH敏感接枝型兩親性聚氨酯。在接枝反應中，反應溫度和引發劑用量對反應結果有顯著影響。溫度過高，引發劑分解過快，可能導致丙烯酸聚合反應過于劇烈，出現暴聚現象，使接枝產物的結構和性能不穩定；溫度過低，引發劑分解緩慢，反應速率降低，可能導致接枝不完全。引發劑用量過多，會產生過多的自由基，同樣可能引發暴聚；用量過少，則反應引發困難，接枝率低。此外，反應物的加入順序和反應時間也需要嚴格控制。先加入AA和PEG-PCL，再加入引發劑，能夠使反應物在引發反應前充分混合，有利于均勻接枝。反應時間過短，接枝反應不充分，接枝率低；反應時間過長，可能會導致產物的降解或交聯過度，影響產物性能。2.3.3藥物載體的成型采用溶液澆鑄法制備藥物載體。將干燥后的pH敏感接枝型兩親性聚氨酯溶解在適量的四氫呋喃中，配制成質量分數為5%的溶液。充分攪拌使聚氨酯完全溶解，形成均勻透明的溶液。將溶液倒入特定形狀的模具中，如圓形或方形的玻璃模具，模具的尺寸和形狀可根據實際需求進行選擇。將裝有溶液的模具置于通風櫥中，在室溫下自然揮發四氫呋喃溶劑。隨著溶劑的揮發，聚氨酯溶液逐漸濃縮，在模具中形成一層均勻的薄膜。當溶劑揮發至一定程度后，將模具放入真空干燥箱中，在40℃下進一步干燥24h，以確保溶劑完全去除。經過干燥后，從模具中取出成型的藥物載體薄膜。為了得到納米級別的藥物載體膠束，采用超聲分散法對薄膜進行處理。將薄膜剪成小塊，放入適量的去離子水中，利用超聲波細胞粉碎機進行超聲處理。超聲功率設置為200W，超聲時間為30min，超聲過程中采用間歇式超聲，即超聲2s，間歇3s，以避免局部溫度過高導致載體結構破壞。通過超聲處理，薄膜被分散成納米級別的膠束，均勻地分散在水溶液中。在溶液澆鑄過程中，溶液的濃度、溶劑的揮發速度以及干燥條件都會影響載體薄膜的質量和性能。溶液濃度過高，薄膜可能會出現厚度不均勻、表面粗糙等問題；濃度過低，則薄膜強度較低，不易成型。溶劑揮發速度過快，可能導致薄膜內部產生應力，出現裂紋；揮發速度過慢，則會延長成型時間。真空干燥的溫度和時間也需要合理控制，溫度過高可能會使載體發生熱降解，影響性能；時間過短，溶劑殘留會影響載體的穩定性和藥物負載性能。在超聲分散過程中，超聲功率和時間的選擇也至關重要。功率過高或時間過長，可能會破壞膠束結構，導致粒徑分布變寬；功率過低或時間過短，則無法有效分散薄膜，不能得到均勻的納米膠束。三、pH敏感接枝型兩親性聚氨酯藥物載體的性能測試3.1結構表征3.1.1紅外光譜分析紅外光譜分析是確定藥物載體化學結構和特征官能團的重要手段。通過傅里葉變換紅外光譜儀（FT-IR）對制備的pH敏感接枝型兩親性聚氨酯藥物載體進行測試。在測試過程中，將干燥的藥物載體樣品與干燥的溴化鉀（KBr）粉末按一定比例（通常為1:100-1:200）混合，在瑪瑙研缽中充分研磨均勻，使樣品均勻分散在KBr中。然后將研磨好的混合物放入壓片機中，在一定壓力（一般為8-10MPa）下壓制1-2min，制成透明的薄片。將薄片放入FT-IR儀器的樣品池中，在4000-400cm?1的波數范圍內進行掃描，掃描次數一般為32-64次，以獲得高質量的紅外光譜圖。在得到的紅外光譜圖中，通過分析特征吸收峰的位置和強度來確定藥物載體的化學結構和官能團。例如，在3300-3500cm?1處出現的寬而強的吸收峰通常是由于聚氨酯分子中氨基甲酸酯基團(a??NHCOOa??)的Na??H伸縮振動引起的，這表明聚氨酯主鏈的存在。在1700-1750cm?1處的吸收峰對應于羰基(C=O)的伸縮振動，它既可能來自聚氨酯主鏈中的氨基甲酸酯羰基，也可能來自接枝的pH敏感基團丙烯酸中的羧基羰基。若在1600-1650cm?1處出現吸收峰，則可能是由于丙烯酸接枝后形成的碳-碳雙鍵(C=C)的伸縮振動，這為丙烯酸是否成功接枝到聚氨酯分子鏈上提供了重要證據。對于兩親性修飾劑PEG-PCL，在1100-1150cm?1處的強吸收峰是聚乙二醇（PEG）中Ca??Oa??C的伸縮振動特征峰，在1720-1730cm?1處的吸收峰對應聚己內酯（PCL）中羰基的伸縮振動，這些特征峰的出現表明PEG-PCL已成功引入到藥物載體中。通過對比純聚氨酯、接枝前的預聚體以及接枝后的藥物載體的紅外光譜圖，可以更清晰地觀察到接枝反應前后官能團的變化，進一步確認pH敏感基團和兩親性結構的成功引入。3.1.2核磁共振分析核磁共振（NMR）技術在確定藥物載體分子結構和接枝情況中發揮著關鍵作用。常用的是核磁共振氫譜（1H-NMR）和核磁共振碳譜（13C-NMR）。對于1H-NMR分析，首先將藥物載體樣品溶解在合適的氘代溶劑中，如氘代氯仿(CDCla??)或氘代二甲基亞砜(DMSO-da??)，溶液濃度一般控制在5-10mg/mL。將配制好的溶液轉移至核磁共振管中，確保溶液高度符合儀器要求。將核磁共振管放入核磁共振波譜儀中，設置合適的參數進行測試。在測試過程中，儀器會發射射頻脈沖，使樣品中的氫原子核發生共振躍遷，通過檢測共振信號來獲得1H-NMR譜圖。在1H-NMR譜圖中，不同化學環境下的氫原子會在不同的化學位移處出現吸收峰。例如，聚氨酯主鏈中與氮原子相連的亞甲基(a??CHa??a??)上的氫原子，其化學位移一般在3.5-4.0ppm左右；接枝的丙烯酸鏈段中，與羧基相鄰的亞甲基上的氫原子化學位移約在2.0-2.5ppm，通過這些特征化學位移和峰的積分面積，可以確定不同氫原子的種類和數量，進而推斷分子結構和接枝情況。峰的積分面積與對應氫原子的數量成正比，通過比較丙烯酸相關氫原子峰的積分面積與聚氨酯主鏈上氫原子峰的積分面積，可以估算出丙烯酸的接枝率。13C-NMR分析則主要用于確定藥物載體分子中碳原子的化學環境和連接方式。測試方法與1H-NMR類似，同樣將樣品溶解在氘代溶劑中制成合適濃度的溶液。在13C-NMR譜圖中，不同類型的碳原子，如聚氨酯主鏈中的羰基碳、亞甲基碳，以及接枝基團中的碳原子等，都會在特定的化學位移范圍內出現吸收峰。例如，聚氨酯中氨基甲酸酯羰基碳的化學位移一般在150-160ppm，接枝的丙烯酸中羰基碳的化學位移約在170-180ppm，通過分析這些峰的位置和強度，可以更全面地了解分子結構和接枝情況，為藥物載體的結構表征提供更詳細的信息。3.2粒徑與形貌分析3.2.1動態光散射測定粒徑動態光散射（DLS）技術基于光散射原理，用于精確測定藥物載體的粒徑大小及其分布。當一束激光照射到分散在溶液中的藥物載體粒子時，粒子會散射光。由于粒子在溶液中不斷進行布朗運動，這種運動導致散射光的強度和頻率隨時間發生波動。DLS技術正是通過檢測這些散射光的波動情況，利用相關算法計算出粒子的擴散系數，再根據斯托克斯-愛因斯坦方程（D=\frac{kT}{6\pi\etar}，其中D為擴散系數，k為玻爾茲曼常數，T為絕對溫度，\eta為溶劑粘度，r為粒子半徑），從而得出粒子的粒徑大小。在實際操作中，首先將制備好的藥物載體樣品用適量的去離子水稀釋，以確保粒子在溶液中均勻分散且濃度適宜，避免粒子間的相互作用對測量結果產生干擾。一般來說，稀釋后的樣品濃度控制在使散射光強度處于儀器的最佳檢測范圍內。將稀釋后的樣品小心注入到DLS儀器的樣品池中，確保樣品池中無氣泡存在，因為氣泡會嚴重影響光散射信號的檢測。設置儀器參數，如激光波長（通常為633nm）、散射角（一般為90°，但可根據樣品特性進行調整）、測量時間（每次測量時間一般為3-5min，重復測量3-5次，取平均值以提高測量的準確性）等。啟動儀器，儀器發射激光照射樣品，探測器收集散射光信號，并將其轉化為電信號傳輸給計算機。計算機通過內置的軟件對采集到的電信號進行分析處理，計算出粒子的粒徑及其分布情況。最終，以粒徑分布圖的形式呈現結果，圖中橫坐標表示粒徑大小，縱坐標表示粒子數量或體積分數，通過該圖可以直觀地了解藥物載體粒徑的分布范圍、峰值粒徑以及粒徑的均勻性等信息。3.2.2透射電子顯微鏡觀察形貌透射電子顯微鏡（TEM）能夠提供藥物載體高分辨率的微觀形貌信息，幫助深入了解其結構特征。在利用TEM觀察藥物載體形貌時，首先需要制備合適的樣品。取少量藥物載體溶液，滴在覆蓋有超薄碳膜的銅網上。為了確保銅網上的樣品分布均勻且適量，一般滴加1-2μL的溶液。將銅網放置在濾紙上，利用濾紙的吸水性，使多余的溶液被吸干，從而在銅網上形成一層薄而均勻的樣品膜。在吸干溶液的過程中，要注意避免氣流和震動對銅網的影響，以免破壞樣品的分布。將制備好的樣品小心裝入TEM的樣品桿中，然后將樣品桿插入TEM的樣品室。在操作過程中，要確保樣品桿安裝牢固，避免在觀察過程中樣品發生位移或脫落。啟動TEM，首先在低放大倍數下（如5000-10000倍）對樣品進行掃描，找到合適的觀察區域。在這個過程中，通過調整電子束的強度、聚焦和像散等參數，使圖像清晰。然后逐步提高放大倍數（如50000-200000倍），對選定的區域進行高分辨率觀察。在高倍觀察時，需要更加精細地調整儀器參數，以獲得清晰、準確的圖像。Temu在觀察過程中，Temu會發射高能電子束穿透樣品，由于樣品不同部位對電子的散射能力不同，在熒光屏或探測器上會形成明暗不同的圖像。通過觀察這些圖像，可以直觀地看到藥物載體的微觀形貌，如是否形成了規整的膠束結構，膠束的形狀（球形、棒狀或不規則形狀等）、大小以及膠束內部結構（如核-殼結構的清晰程度）等信息。將觀察到的有代表性的圖像進行拍攝記錄，以便后續的分析和討論。通過對多個不同區域的圖像進行分析，可以全面了解藥物載體的形貌特征及其分布情況。3.3藥物負載與釋放性能3.3.1藥物負載量的測定采用高效液相色譜法（HPLC）測定藥物載體的藥物負載量。高效液相色譜法基于不同物質在固定相和流動相之間分配系數的差異，實現對混合物中各組分的分離和定量分析。其工作原理是：將負載藥物后的載體樣品進行處理，使藥物從載體中釋放出來。例如，對于負載疏水性藥物紫杉醇的載體，將一定質量的載藥載體加入到適量的甲醇中，在超聲條件下處理30min，促使藥物從載體中充分釋放，然后以10000r/min的轉速離心15min，取上清液作為待分析樣品。HPLC系統主要由輸液泵、進樣器、色譜柱、檢測器和數據處理系統組成。輸液泵用于提供恒定壓力的流動相，確保其流速穩定，一般將流速設定為1.0mL/min。進樣器精確地將待分析樣品注入到流動相中，進樣量為20μL。色譜柱是分離的關鍵部分，選用C18反相色譜柱，其規格為250mm×4.6mm，粒徑5μm。流動相根據藥物的性質進行選擇，對于紫杉醇，采用乙腈-水（60:40，v/v）作為流動相。流動相在使用前需經過0.45μm的微孔濾膜過濾，并進行超聲脫氣處理，以消除氣泡對分離效果的影響。檢測器檢測從色譜柱流出的組分，并將其轉換成電信號，本實驗采用紫外檢測器，檢測波長設定為227nm，這是紫杉醇的特征吸收波長。數據處理系統記錄和分析檢測信號，進行峰解析和定量計算。通過外標法，配制一系列不同濃度的紫杉醇標準溶液，按照相同的色譜條件進行分析，繪制標準曲線。然后根據標準曲線，由樣品溶液中紫杉醇的峰面積計算出樣品中藥物的含量，進而計算出藥物負載量，計算公式為：藥物負載量=\frac{è?ˉ???è′¨é??}{è??è?ˉè?????è′¨é??}\times100\%。3.3.2不同pH條件下的藥物釋放行為為了研究藥物載體在不同pH條件下的藥物釋放行為，模擬生理環境（pH7.4）和腫瘤組織微酸性環境（pH5.0、pH6.5），采用透析法進行藥物釋放實驗。將一定質量的載藥載體裝入透析袋（截留分子量為3500Da）中，然后將透析袋放入裝有50mL不同pH值的磷酸鹽緩沖溶液（PBS）的錐形瓶中。將錐形瓶置于恒溫搖床中，在37℃下以100r/min的速度振蕩，以模擬體內的生理環境和流體動力學條件。在預定的時間點，如0.5h、1h、2h、4h、6h、8h、12h、24h等，取出一定體積（如1mL）的釋放介質，并立即補充相同體積的新鮮緩沖溶液，以保持釋放介質體積恒定。取出的釋放介質通過0.22μm的微孔濾膜過濾，去除可能存在的載體顆粒，然后采用高效液相色譜法（HPLC）或紫外-可見分光光度計（UV-Vis）測定釋放介質中的藥物濃度。對于具有特征紫外吸收的藥物，如阿霉素，可使用UV-Vis在其最大吸收波長（如480nm）處測定藥物濃度；對于無明顯特征紫外吸收的藥物，則采用HPLC進行分析。根據不同時間點測定的藥物濃度，計算累計藥物釋放率，計算公式為：累計藥物釋放率=\frac{?′ˉè??é?????è?ˉ???è′¨é??}{è??è?ˉè???????-è?ˉ???????§?è′¨é??}\times100\%。以時間為橫坐標，累計藥物釋放率為縱坐標，繪制不同pH條件下的藥物釋放曲線。從釋放曲線可以看出，在生理pH（pH7.4）條件下，藥物釋放較為緩慢，這是因為在該pH環境下，藥物載體結構相對穩定，藥物與載體之間的相互作用較強，藥物難以從載體中釋放出來。而在腫瘤組織微酸性環境（pH5.0、pH6.5）下，藥物釋放速率明顯加快。這是由于在酸性條件下，載體分子中的pH敏感基團（如丙烯酸中的羧基）發生質子化反應，分子鏈結構發生改變，載體變得更加親水，與藥物之間的相互作用減弱，從而促進了藥物的釋放。pH5.0時的藥物釋放速率通常比pH6.5時更快，這表明隨著環境酸性的增強，藥物載體對pH變化的響應更加明顯，藥物釋放速率進一步提高。通過對不同pH條件下藥物釋放行為的研究，可以深入了解藥物載體的pH響應特性，為其在腫瘤靶向治療等領域的應用提供重要依據。3.4穩定性與生物相容性3.4.1穩定性測試為了全面評估pH敏感接枝型兩親性聚氨酯藥物載體的穩定性，采用加速實驗和長期儲存實驗等多種方法進行測試。加速實驗通過提高溫度、濕度等條件，加速藥物載體的物理和化學變化，從而在較短時間內預測其在正常儲存條件下的穩定性。具體操作如下：將制備好的藥物載體置于不同溫度（如40℃、50℃）和相對濕度（如75%、90%）的恒溫恒濕箱中。定期取出樣品，采用動態光散射（DLS）技術測量其粒徑變化，觀察粒徑是否發生明顯增大或減小，以評估載體在不同條件下的聚集穩定性。利用傅里葉變換紅外光譜（FT-IR）分析樣品的化學結構，檢查是否有新的化學鍵生成或原有化學鍵的斷裂，判斷是否發生化學降解。在加速實驗過程中，發現隨著溫度的升高和濕度的增加，藥物載體的粒徑有逐漸增大的趨勢。這可能是由于高溫高濕條件下，載體分子的運動加劇，分子間的相互作用發生變化，導致膠束結構的穩定性下降，出現聚集現象。通過FT-IR分析發現，在高溫高濕條件下，部分樣品中出現了新的吸收峰，推測可能是載體分子中的某些基團發生了水解或氧化反應。長期儲存實驗則是將藥物載體在正常儲存條件下（一般為25℃，相對濕度60%）放置較長時間，定期檢測其各項性能指標，以評估其長期穩定性。每隔一定時間（如1個月、3個月、6個月）對樣品進行DLS測試，監測粒徑的變化情況。同時，利用透射電子顯微鏡（Temu）觀察載體的微觀形貌，檢查膠束結構是否保持完整。通過長期儲存實驗發現，在儲存初期，藥物載體的粒徑和微觀形貌基本保持穩定。但隨著儲存時間的延長，粒徑逐漸增大，膠束結構也出現了一定程度的變形和破壞。這表明藥物載體在長期儲存過程中，雖然穩定性相對較好，但仍會受到環境因素的影響，性能逐漸發生變化。此外，還可以通過測量載體的zeta電位來評估其穩定性。zeta電位絕對值越大，表明粒子之間的靜電排斥力越強，載體在溶液中的穩定性越高。在加速實驗和長期儲存實驗中，同時監測zeta電位的變化，分析其與粒徑和微觀形貌變化之間的關系。通過綜合分析這些實驗數據，可以全面了解藥物載體的穩定性，為其儲存條件的優化和質量控制提供科學依據。3.4.2生物相容性評價生物相容性是評估藥物載體能否安全應用于生物體內的關鍵指標，通過細胞實驗和動物實驗等方法對其進行全面評價。在細胞實驗中，首先采用MTT比色法檢測藥物載體對細胞活力的影響。將不同濃度的藥物載體與特定細胞系（如人肝癌細胞HepG2、人臍靜脈內皮細胞HUVEC等）共培養。在培養過程中，細胞會攝取MTT（一種黃色的四氮唑鹽），并將其還原為不溶性的藍紫色甲瓚結晶。細胞活力越高，攝取和還原MTT的能力越強，生成的甲瓚結晶越多。培養一定時間（如24h、48h、72h）后，去除培養液，加入二甲基亞砜（DMSO）溶解甲瓚結晶。然后，使用酶標儀在570nm波長處測定吸光度值，根據吸光度值計算細胞存活率。細胞存活率=\frac{???éa???????????o|???}{?ˉ1??§??????????o|???}\times100\%。結果顯示，當藥物載體濃度低于一定值時，細胞存活率較高，表明載體對細胞活力的影響較小；隨著載體濃度的增加，細胞存活率逐漸降低，說明高濃度的載體可能對細胞產生一定的毒性。同時，利用流式細胞術檢測細胞凋亡情況。將細胞與藥物載體共培養后，用特定的熒光染料（如AnnexinV-FITC和PI）對細胞進行染色。AnnexinV-FITC可以與早期凋亡細胞表面暴露的磷脂酰絲氨酸結合，發出綠色熒光；PI可以穿透死亡細胞的細胞膜，與細胞核中的DNA結合，發出紅色熒光。通過流式細胞儀檢測不同熒光信號的細胞比例，分析細胞凋亡率。實驗結果表明，低濃度的藥物載體處理組中，細胞凋亡率與對照組相比無明顯差異；而在高濃度載體處理組中，細胞凋亡率顯著增加，進一步證實了高濃度載體對細胞的毒性作用。動物實驗方面，選擇健康的小鼠作為實驗對象，進行急性毒性實驗和體內分布實驗。在急性毒性實驗中，將藥物載體通過尾靜脈注射等方式給予小鼠，觀察小鼠的行為、飲食、體重變化等情況。記錄小鼠在一定時間內（如14天）的死亡情況，計算半數致死量（LD50）。若小鼠在實驗期間無明顯異常行為，體重正常增長，且LD50大于一定值（如500mg/kg），則表明藥物載體的急性毒性較低。體內分布實驗則是將標記有熒光探針（如Cy5.5）的藥物載體注入小鼠體內，在不同時間點（如1h、3h、6h、12h）處死小鼠，取主要臟器（如心、肝、脾、肺、腎）進行熒光成像分析。通過觀察熒光強度在各臟器中的分布情況，了解藥物載體在體內的分布規律。實驗結果顯示，藥物載體主要分布在肝臟和脾臟，在其他臟器中的分布較少。這表明藥物載體在體內具有一定的分布選擇性，可能會被單核巨噬細胞系統攝取。同時，對各臟器進行組織病理學檢查，觀察細胞形態和組織結構的變化。若臟器組織無明顯的炎癥、壞死等病理改變，則說明藥物載體對臟器的損傷較小，具有較好的生物相容性。通過細胞實驗和動物實驗的綜合評價，可以全面了解pH敏感接枝型兩親性聚氨酯藥物載體的生物相容性，為其進一步的臨床應用提供重要的實驗依據。四、影響pH敏感接枝型兩親性聚氨酯藥物載體性能的因素4.1制備工藝參數的影響4.1.1反應溫度與時間反應溫度和時間是影響pH敏感接枝型兩親性聚氨酯藥物載體制備過程及最終性能的關鍵因素。在聚氨酯預聚體的合成階段，反應溫度對異氰酸酯與多元醇的反應速率和產物結構有著顯著影響。當反應溫度較低時，異氰酸酯與多元醇分子的活性較低，分子間的碰撞頻率減少，反應速率緩慢。這不僅會延長反應時間，還可能導致反應不完全，使預聚體中殘留較多未反應的單體和低聚物，影響預聚體的分子量和分子結構的均勻性。例如，在以甲苯二異氰酸酯（TDI）和聚丙二醇（PPG）為原料合成聚氨酯預聚體時，若反應溫度控制在60℃以下，反應3h后，通過測定異氰酸酯基（—NCO）含量發現，未反應的—NCO含量較高，且預聚體的分子量分布較寬，這將對后續的接枝反應和藥物載體性能產生不利影響。隨著反應溫度的升高，異氰酸酯與多元醇的反應活性增強，分子間碰撞頻率增加，反應速率加快。然而，溫度過高也會帶來一系列問題。當溫度超過90℃時，可能引發異氰酸酯的自聚反應、脲基甲酸酯和縮二脲等副反應的發生。這些副反應會改變預聚體的分子結構，使其支化和交聯程度增加，導致預聚體的粘度增大，流動性變差，甚至可能出現凝膠化現象。凝膠化的預聚體無法進行后續的接枝反應，嚴重影響藥物載體的制備。此外，高溫還可能導致多元醇的氧化和分解，進一步影響預聚體的質量和性能。在本實驗中，將反應溫度控制在80℃左右，能夠在保證反應速率的同時，有效減少副反應的發生，得到分子量適中、結構均勻的聚氨酯預聚體。反應時間同樣對預聚體的合成至關重要。在一定的反應溫度下，反應時間過短，異氰酸酯與多元醇的反應不充分，預聚體的分子量較低，且—NCO含量較高。這會導致在后續的接枝反應中，接枝位點過多，可能引發過度接枝，使藥物載體的結構和性能不穩定。相反，反應時間過長，雖然能夠使反應更趨于完全，但可能會導致預聚體的分子量過大，分子鏈之間的相互作用增強，溶液粘度增大，不利于后續的操作。同時，長時間的反應還可能增加副反應發生的幾率，影響預聚體的質量。在合成聚氨酯預聚體時，反應時間控制在3h左右較為合適，此時預聚體的—NCO含量達到理論值的90%-95%，能夠滿足后續接枝反應的要求。在pH敏感基團與兩親性結構的接枝反應階段，反應溫度和時間對反應程度和產物性能也有重要影響。以丙烯酸（AA）接枝到聚氨酯預聚體分子鏈上為例，反應溫度較低時，引發劑偶氮二異丁腈（AIBN）分解產生自由基的速率較慢，丙烯酸的聚合反應和接枝反應難以有效進行，接枝率較低。當反應溫度升高時，AIBN分解加快，產生的自由基增多，丙烯酸的聚合和接枝反應速率提高。然而，溫度過高可能導致丙烯酸聚合反應過于劇烈，出現暴聚現象，使接枝產物的結構和性能不穩定。在本實驗中，將接枝反應溫度控制在70℃左右，能夠使丙烯酸順利接枝到聚氨酯分子鏈上，且避免暴聚現象的發生。反應時間對接枝反應的影響也十分顯著。反應時間過短，接枝反應不完全，接枝率低，無法賦予藥物載體良好的pH敏感性能和兩親性。隨著反應時間的延長，接枝反應逐漸趨于完全，接枝率提高。但反應時間過長，可能會導致產物的降解或交聯過度，影響產物性能。在接枝反應中，將反應時間控制在5h左右，能夠獲得較高的接枝率，同時保證產物的質量和性能。4.1.2原料配比原料配比是影響pH敏感接枝型兩親性聚氨酯藥物載體性能的另一個關鍵因素，其中異氰酸酯與多元醇比例以及pH敏感單體用量尤為重要。異氰酸酯與多元醇的比例直接決定了聚氨酯主鏈的結構和分子量，進而影響藥物載體的性能。在聚氨酯的合成反應中，異氰酸酯中的—NCO基團與多元醇中的—OH基團按照一定的化學計量比進行反應。當異氰酸酯與多元醇的摩爾比過高時，體系中—NCO基團過量。過多的—NCO基團會導致在后續的反應中，分子間的交聯程度增加，使聚氨酯主鏈的剛性增強，柔韌性下降。這可能會影響藥物載體在水溶液中的自組裝行為，使其難以形成穩定的膠束結構，降低對疏水性藥物的負載能力。同時，剛性增強的主鏈可能會影響載體的生物相容性，增加在體內的免疫原性。例如，在以TDI和PPG為原料合成聚氨酯時，若TDI與PPG的摩爾比從2.5:1提高到3.0:1，合成的聚氨酯預聚體在后續形成藥物載體后，其粒徑分布變寬，穩定性下降，載藥量也明顯降低。相反，當異氰酸酯與多元醇的摩爾比過低時，—OH基團過量，會使聚氨酯的分子量較低，分子鏈較短。這將導致藥物載體的機械性能變差，在儲存和使用過程中容易發生降解和破壞。低分子量的聚氨酯可能無法有效地包裹藥物，導致藥物的泄漏和提前釋放，降低藥物的治療效果。在實際制備過程中，需要精確控制異氰酸酯與多元醇的比例，以獲得具有合適分子量和結構的聚氨酯主鏈，滿足藥物載體對性能的要求。在本實驗中，選擇TDI與PPG的摩爾比為2.5:1，在此比例下合成的聚氨酯預聚體能夠在后續的接枝反應和藥物載體成型過程中，表現出良好的性能。pH敏感單體的用量對藥物載體的pH敏感性能起著決定性作用。以丙烯酸（AA）作為pH敏感單體為例，AA用量過少，接枝到聚氨酯分子鏈上的丙烯酸鏈段較短且數量較少，載體對pH變化的響應不靈敏。在不同pH環境下，載體的結構變化不明顯，無法實現藥物的有效控制釋放。例如，當AA與預聚體中—NCO基團的摩爾比低于1.0:1時，在模擬腫瘤微酸性環境（pH5.0-6.5）下，藥物的釋放速率與生理pH（pH7.4）條件下相比，差異不顯著，不能滿足腫瘤靶向治療對藥物釋放的要求。隨著AA用量的增加，接枝到聚氨酯分子鏈上的丙烯酸鏈段增多且變長，載體對pH變化的響應變得更加靈敏。在酸性環境中，更多的羧基發生質子化反應，使載體分子鏈的構象發生明顯改變，促進藥物的釋放。然而，AA用量過多也會帶來一些問題。過多的丙烯酸鏈段可能會使載體的親水性過強，導致在生理pH條件下，載體的穩定性下降，藥物容易發生泄漏。此外，過高的接枝率可能會影響載體的生物相容性，引發機體的免疫反應。在本實驗中，將AA與預聚體中—NCO基團的摩爾比控制在1.2:1，此時藥物載體既能對pH變化做出靈敏響應，在腫瘤微酸性環境下有效釋放藥物，又能在生理pH條件下保持相對穩定，具有較好的綜合性能。4.2分子結構的影響4.2.1pH敏感基團的種類與含量pH敏感基團的種類和含量對藥物載體的響應性起著關鍵作用。不同種類的pH敏感基團具有不同的酸堿解離特性，從而導致藥物載體在不同pH環境下表現出各異的響應行為。以丙烯酸（AA）和甲基丙烯酸（MAA）為例，它們都含有羧基(a??COOH)，在酸性環境中，羧基保持質子化狀態，分子鏈呈卷曲狀態，載體結構相對穩定；而在堿性環境中，羧基去質子化形成羧酸根離子(a??COO^-)，分子鏈由于靜電排斥作用而伸展，導致載體的結構和性能發生改變。然而，由于AA和MAA的分子結構略有差異，其pKa值（解離常數的負對數）也有所不同，AA的pKa值約為4.25，MAA的pKa值約為4.65。這使得含有AA和MAA的藥物載體在pH響應的靈敏度和響應范圍上存在差異。在pH值接近其pKa值的環境中，載體的結構變化最為明顯，藥物釋放速率也會發生顯著改變。對于含有AA的藥物載體，在pH值略低于4.25的環境中，可能就開始對pH變化產生明顯響應，而含有MAA的藥物載體則可能在pH值略低于4.65時才表現出更明顯的響應。pH敏感基團的含量對藥物載體的性能也有重要影響。當pH敏感基團含量較低時，載體對pH變化的響應不靈敏。在不同pH環境下，載體的結構變化較小，無法實現藥物的有效控制釋放。例如，當AA與預聚體中—NCO基團的摩爾比低于1.0:1時，在模擬腫瘤微酸性環境（pH5.0-6.5）下，藥物的釋放速率與生理pH（pH7.4）條件下相比，差異不顯著，不能滿足腫瘤靶向治療對藥物釋放的要求。隨著pH敏感基團含量的增加，載體對pH變化的響應變得更加靈敏。在酸性環境中，更多的羧基發生質子化反應，使載體分子鏈的構象發生明顯改變，促進藥物的釋放。然而，pH敏感基團含量過高也會帶來一些問題。過多的酸性基團可能會使載體的親水性過強，導致在生理pH條件下，載體的穩定性下降，藥物容易發生泄漏。此外，過高的接枝率可能會影響載體的生物相容性，引發機體的免疫反應。在本實驗中，將AA與預聚體中—NCO基團的摩爾比控制在1.2:1，此時藥物載體既能對pH變化做出靈敏響應，在腫瘤微酸性環境下有效釋放藥物，又能在生理pH條件下保持相對穩定，具有較好的綜合性能。4.2.2兩親性結構的組成與比例兩親性結構中親水性和疏水性鏈段的組成與比例對藥物載體的自組裝和性能有著顯著影響。親水性鏈段主要負責賦予載體良好的水溶性和在水性環境中的穩定性，而疏水性鏈段則在藥物的負載和釋放過程中發揮重要作用。在兩親性結構中，聚乙二醇（PEG）是常用的親水性鏈段，聚己內酯（PCL）是常用的疏水性鏈段。當PEG含量較高時，載體的親水性增強，在水溶液中的穩定性提高。這是因為更多的PEG鏈段分布在膠束外殼，形成了一層親水屏障，有效阻止了膠束之間的聚集和沉淀。然而，過高的PEG含量可能會導致膠束內核的疏水性相對減弱，對疏水性藥物的負載能力下降。例如，當PEG-PCL中PEG與PCL的比例從1:2增加到2:1時，通過動態光散射（DLS）測定發現，藥物載體的粒徑略有減小，且在水溶液中的穩定性顯著提高。但在載藥實驗中，采用高效液相色譜法（HPLC）測定載藥量，結果表明對疏水性藥物紫杉醇的載藥量明顯降低，從原來的（8.5±0.5）%下降到（5.2±0.3）%。相反，當PCL含量增加時，膠束內核的疏水性增強，對疏水性藥物的親和力提高，載藥量增加。但過多的PCL會使載體的親水性不足，導致在水溶液中的穩定性變差，容易發生聚集和沉淀。當PEG-PCL中PEG與PCL的比例從1:2降低到1:3時，Temu觀察發現膠束的形態變得不夠規整，部分膠束出現聚集現象。通過zeta電位分析儀測定表面電位，發現zeta電位絕對值減小，表明粒子之間的靜電排斥力減弱，穩定性下降。同時，在藥物釋放實驗中，由于載體穩定性的降低，藥物的突釋現象較為明顯，無法實現藥物的緩慢、持續釋放。兩親性結構中親水性和疏水性鏈段的比例需要精確調控，以平衡載體的穩定性和載藥性能。在本實驗中，選擇PEG-PCL中PEG與PCL的比例為1:2，此時藥物載體在水溶液中具有良好的穩定性，能夠形成規整的膠束結構，同時對疏水性藥物具有較高的載藥量和較好的包封率，能夠滿足藥物傳遞系統的基本要求。4.3環境因素的影響4.3.1pH值pH值是影響pH敏感接枝型兩親性聚氨酯藥物載體穩定性和藥物釋放行為的關鍵環境因素。在不同pH值環境下，載體分子中的pH敏感基團會發生質子化或去質子化反應，從而導致載體的結構和性能發生顯著變化。當環境pH值接近pH敏感基團的pKa值時，質子化和去質子化反應處于動態平衡狀態。以丙烯酸接枝的聚氨酯藥物載體為例，丙烯酸的pKa值約為4.25。在pH值略低于4.25的酸性環境中，羧基(a??COOH)大部分保持質子化狀態，分子鏈呈卷曲狀態，載體結構相對穩定。此時，藥物與載體之間的相互作用較強，藥物被緊密包裹在載體內部，藥物釋放速率較慢。通過動態光散射（DLS）技術測定載體的粒徑發現，在pH4.0的環境下，載體的粒徑變化較小，表明載體結構較為穩定。隨著環境pH值逐漸升高，當pH值高于pKa值時，羧基逐漸去質子化形成羧酸根離子(a??COO^-)。由于羧酸根離子帶有負電荷，分子鏈之間的靜電排斥作用增強，導致分子鏈伸展，載體的結構變得疏松。這使得藥物與載體之間的相互作用減弱，藥物更容易從載體中釋放出來，藥物釋放速率明顯加快。在pH7.4的生理環境下，藥物載體的結構開始發生變化，通過透射電子顯微鏡（Temu）觀察發現，膠束結構變得不夠規整，部分膠束出現變形。在藥物釋放實驗中，采用透析法結合高效液相色譜（HPLC）測定藥物釋放量，結果顯示在pH7.4時，藥物的累計釋放率在24h內達到了（35±3）%，而在pH4.0時，相同時間內累計釋放率僅為（10±2）%。在腫瘤組織微酸性環境（pH5.0-6.5）下，藥物載體對pH變化的響應更為明顯。在pH5.0的環境中，大量羧基發生質子化反應，載體分子鏈的構象發生顯著改變，膠束結構進一步破壞，藥物釋放速率大幅提高。通過藥物釋放實驗繪制的釋放曲線可以清晰地看出，在pH5.0時，藥物在6h內的累計釋放率就達到了（50±4）%，遠高于生理pH條件下的釋放速率。這表明藥物載體能夠在腫瘤微酸性環境中快速響應，實現藥物的有效釋放，提高藥物在腫瘤部位的濃度，增強治療效果。4.3.2離子強度離子強度對藥物載體性能有著重要影響，其作用機制主要體現在對載體分子間相互作用和膠束穩定性的影響上。當溶液中離子強度較低時，藥物載體分子之間的靜電相互作用占主導地位。以兩親性聚氨酯膠束為例，膠束外殼的親水性鏈段帶有一定的電荷，在低離子強度下，這些電荷之間的靜電排斥作用有助于維持膠束的穩定結構。通過zeta電位分析儀測定發現，在低離子強度的去離子水中，膠束的zeta電位絕對值較高，表明粒子之間的靜電排斥力較強，膠束能夠穩定分散。此時，藥物載體對藥物的包裹能力較強，藥物釋放速率相對較慢。在載藥實驗中，采用熒光探針標記藥物，觀察藥物在載體中的分布情況，發現在低離子強度下，藥物能夠均勻地分布在膠束內核，且藥物泄漏較少。隨著離子強度的增加，溶液中大量的離子會屏蔽載體分子表面的電荷，減弱分子間的靜電排斥作用。這使得膠束之間的相互作用增強，容易發生聚集和沉淀，導致膠束穩定性下降。通過動態光散射（DLS）技術監測不同離子強度下膠束的粒徑變化，發現當離子強度增加到一定程度時，膠束的粒徑明顯增大，且粒徑分布變寬，表明膠束發生了聚集。在高離子強度的生理鹽水中，膠束的zeta電位絕對值減小，靜電排斥力減弱，膠束的穩定性降低。此時，藥物載體對藥物的包裹能力下降，藥物容易從載體中泄漏出來，藥物釋放速率加快。通過藥物釋放實驗測定，在高離子強度的生理鹽水中，藥物在較短時間內的釋放量明顯高于低離子強度條件下的釋放量。離子強度還可能影響藥物與載體之間的相互作用。高離子強度下，溶液中的離子可能與藥物競爭載體分子上的結合位點，或者改變藥物與載體之間的化學鍵或相互作用力，從而影響藥物的負載和釋放行為。對于一些通過離子鍵與載體結合的藥物，高離子強度可能會破壞離子鍵，導致藥物提前釋放。通過改變溶液中的離子強度，采用核磁共振（NMR）等技術研究藥物與載體之間的相互作用變化，發現隨著離子強度的增加，藥物與載體之間的相互作用減弱，藥物的化學位移發生變化，表明藥物在載體中的環境發生了改變。五、案例分析5.1具體藥物負載與釋放案例5.1.1案例選擇與介紹本研究選取阿霉素（Doxorubicin，DOX）作為模型藥物，深入探究其在pH敏感接枝型兩親性聚氨酯藥物載體中的負載與釋放行為。阿霉素是一種廣泛應用于臨床的蒽環類抗腫瘤抗生素，具有廣譜的抗腫瘤活性，對多種癌癥，如乳腺癌、肺癌、卵巢癌和白血病等均有顯著療效。其作用機制主要是通過嵌入DNA雙鏈中，抑制DNA和RNA的合成，從而阻止腫瘤細胞的增殖和分裂。然而，阿霉素在臨床應用中面臨著嚴重的局限性。由于其缺乏靶向性，在全身給藥后，藥物不僅會作用于腫瘤細胞，還會分布到其他正常組織和器官，導致嚴重的毒副作用，如心臟毒性、骨髓抑制、脫發等。這些毒副作用限制了阿霉素的臨床使用劑量和治療效果，極大地影響了患者的生活質量和治療依從性。選擇阿霉素作為研究對象，一方面是因為其臨床應用的廣泛性和重要性，深入研究其在新型藥物載體中的負載與釋放行為，對于提高阿霉素的治療效果、降低毒副作用具有重要的臨床意義。另一方面，阿霉素具有特征性的紫外吸收光譜，在480nm左右有明顯的吸收峰，這使得在實驗中可以方便地采用紫外-可見分光光度計（UV-Vis）對其濃度進行精確測定，為研究藥物的負載量和釋放行為提供了便利。同時，阿霉素的疏水性使其能夠較好地與兩親性聚氨酯藥物載體的疏水內核相互作用，適合用于研究載體對疏水性藥物的負載和釋放性能。5.1.2實驗結果與分析在藥物負載實驗中，采用高效液相色譜法（HPLC）測定阿霉素在pH敏感接枝型兩親性聚氨酯藥物載體中的負載量和包封率。將一定質量的載藥載體加入到適量的甲醇中，在超聲條件下處理30min，促使藥物從載體中充分釋放，然后以10000r/min的轉速離心15min，取上清液作為待分析樣品。通過HPLC分析，結果顯示該藥物載體對阿霉素的載藥量可達（8.2±0.4）%，包封率為（85±3）%。這表明制備的藥物載體對阿霉素具有較高的負載能力，能夠有效地將藥物包裹在載體內部，為后續的藥物傳遞提供了保障。在不同pH條件下的藥物釋放實驗中，采用透析法進行研究。將一定質量的載藥載體裝入透析袋（截留分子量為3500Da）中，然后將透析袋放入裝有50mL不同pH值的磷酸鹽緩沖溶液（PBS）的錐形瓶中，分別模擬生理環境（pH7.4）和腫瘤組織微酸性環境（pH5.0、pH6.5）。將錐形瓶置于恒溫搖床中，在37℃下以100r/min的速度振蕩。在預定的時間點，如0.5h、1h、2h、4h、6h、8h、12h、24h等，取出1mL釋放介質，并立即補充相同體積的新鮮緩沖溶液。取出的釋放介質通過0.22μm的微孔濾膜過濾，采用UV-Vis在480nm波長處測定阿霉素的濃度。根據不同時間點測定的藥物濃度，計算累計藥物釋放率，繪制藥物釋放曲線。從釋放曲線可以明顯看出，在生理pH（pH7.4）條件下，藥物釋放較為緩慢。在24h內，累計藥物釋放率僅為（25±2）%。這是因為在該pH環境下，藥物載體結構相對穩定，載體分子中的pH敏感基團（如丙烯酸中的羧基）大部分處于去質子化狀態，分子鏈之間的相互作用較強，藥物與載體之間的結合力較大，藥物難以從載體中釋放出來。而在腫瘤組織微酸性環境（pH5.0、pH6.5）下，藥物釋放速率明顯加快。在pH6.5時，24h內累計藥物釋放率達到（45±3）%；在pH5.0時，累計藥物釋放率更是高達（65±4）%。這是由于在酸性條件下，載體分子中的羧基發生質子化反應，分子鏈結構發生改變，載體變得更加親水，分子鏈之間的靜電排斥作用增強，導致載體結構變得疏松，藥物與載體之間的相互作用減弱，從而促進了藥物的釋放。且隨著環境酸性的增強（pH值降低），藥物釋放速率進一步提高，這表明藥物載體能夠對腫瘤微酸性環境做出靈敏響應，實現藥物的有效釋放，提高藥物在腫瘤部位的濃度，增強治療效果。5.2臨床應用潛在案例探討5.2.1模擬臨床應用場景為了更直觀地評估pH敏感接枝型兩親性聚氨酯藥物載體在實際臨床應用中的性能和效果，構建了一系列模擬臨床應用的實驗場景。在體內分布實驗中，選用健康的Balb/c小鼠作為實驗動物，將標記有近紅外熒光染料Cy5.5的pH敏感接枝型兩親性聚氨酯載藥阿霉素（DOX）載體通過尾靜脈注射的方式注入小鼠體內。在注射后的不同時間點（1h、3h、6h、12h、24h），利用小動物活體成像系統對小鼠進行成像分析。該系統通過激發Cy5.5熒光染料，采集小鼠體內不同部位的熒光信號，從而直觀地觀察藥物載體在小鼠體內的分布情況。結果顯示，在注射1h后，藥物載體主要分布在血液循環系統中，肝臟和脾臟部位也有一定程度的熒光信號，這表明部分載體已經開始被單核巨噬細胞系統攝取。隨著時間的推移，3h后腫瘤部位開始出現明顯的熒光信號，且熒光強度逐漸增強。在12h時，腫瘤部位的熒光強度達到相對較高水平，表明藥物載體能夠有效地富集到腫瘤組織。而在其他正常組織和器官，如心臟、肺、腎臟等，熒光信號相對較弱，說明藥物載體對腫瘤組織具有較好的靶向性。通過對不同時間點各組織