摘 要

由于传统农药存在药效低、用量大、对环境污染严重等问题，所以开发新型农药传递系统具有重要意义。智能响应性聚合物因能感知外界刺激，产生物理或化学性质改变，可用作农药控释传递系统的载体。在可利用的外界刺激中，光刺激因为具有清洁高效等特征倍受关注。本论文以羧甲基壳聚糖为主链，接枝具有光响应性的疏水性基团琥珀酸酐芘甲酯（PYBA），得到光响应两亲性大分子（PYBA-CMCS），最后在水溶液中自组装形成光响应性纳米胶束。用电镜（TEM）与荧光光谱表征了胶束的核-壳结构，通过动态光散射（DLS）测得胶束平均粒径在200nm左右。避光条件下，TME和DLS显示纳米胶束在pH7.0的水溶液中是稳定的。当暴露于340nm紫外光下，与芘基团相连的酯键会发生断裂，芘基团脱落，而使纳米胶束的结构被破坏，最终导致胶束解体，显示出该纳米胶束可以作为农药（如光合作用抑制剂）的光控释放载体。

关键字：羧甲基壳聚糖；1-芘甲醇；光响应性；纳米胶束

Abstract

Due to the environmental pollution and other problems of conventional pesticides, design of new pesticide delivery system has a leading edge meaning. While stimulated by external stimulus, Stimuli-responsive block copolymer micelles’ physical or chemical properties will produce a corresponding change. So it can be used as carriers for controlled release drug delivery system. Among all the available stimulation, the use of light as a trigger is extraordinary attractive since its clean and efficient characteristics.

In this paper, an amphiphilic photosensitive chitosan(PYBA-CMCS) was fabricated by employing carboxymethyl chitosan(CMCS) and photolabile pyrene moiety, which could spontaneously assemble into photosensitive nanoparticles in aqueous condition.

Transmission electron microscope (TEM) and fluorescence spectroscopy characterized the core - shell structure of the polymeric micelles, and the observation of dynamic light scattering (DLS) showed the average diameter of the micelles is about 200 nm. TME and DLS observation showed that the polymeric micelles were stable in an aqueous solution at pH 7.0 without UV irradiation. When exposed to 340nm UV light, an ester bond which conjugated with pyrene groups would fracture and a pyrene group would shed, resulting in the destruction of the core - shell structure. Experiments showed that the structure of polymeric micelles would be broken by UV light in the end, which indicates that the micelles can be applied to produce a photosensitive controlled release carrier for the delivery of drugs and photosynthetic inhibitors.

Key Words: carboxymethyl chitosan;1-pyrenemethanol;photosensitive；nanoparticles

目录

第1章 绪论 1

1.1 聚合物纳米胶束概述 1

1.2 智能响应性纳米载体的种类及制备方法 2

1.2.1 pH敏感型纳米载体 2

1.2.2 温度敏感型纳米载体 3

1.2.3 光敏感型纳米载体 3

1.2.4 以芘基团为光响应基团的纳米粒 4

1.3 羧甲基壳聚糖 4

1.3.1 羧甲基壳聚糖的概述 4

1.3.2 羧甲基壳聚糖的性质 5

1.4 本论文的研究意义 5

1.5 设计思路与研究内容 6

1.5.1 设计思路 6

1.5.2 研究内容 7

第2章 光响应性羧甲基壳聚糖衍生物的制备与研究 8

2.1 引言 8

2.2 实验部分 8

2.2.1 实验试剂与仪器 8

2.2.2 琥珀酸酐芘甲酯(PYBA)的合成 9

2.2.3 羧甲基壳聚糖（CMCS）的制备 10

2.2.4 光敏感CMCS衍生物（PYBA-CMCS）的制备 10

2.2.5 红外表征 11

2.2.6 核磁共振氢谱表征 11

2.2.7 PYBA-CMCS中PYBA取代度的测定 11

2.2.8光响应性研究 11

2.3 结果分析 12

2.3.1 CMCS的制备 12

2.3.2 PYBA-CMCS的制备 12

2.3.3 红外光谱解析 13

2.3.4 核磁共振氢谱解析 14

2.3.5 琥珀酸酐芘甲酯基团取代度的测定 16

2.3.6 聚合物PYBA-CMCS的光响应性 17

2.3.7 光解反应过程分析 19

2.4小结 19

第3章 光响应性羧甲基壳聚糖纳米胶束的制备与表征 20

3.1引言 20

3.2试验部分 21

3.2.1试验试剂与仪器 21

3.2.2 光响应性纳米胶束的制备 21

3.2.3 光响应性羧甲基壳聚糖纳米胶束的表征 22

3.3 结果与讨论 23

3.3.1 光响应性纳米胶束的临界胶束浓度（CMC）测定 23

3.3.2 聚合物胶束的平均粒径 24

3.3.3 光响应纳米胶束的结构形态 24

3.3.4 纳米胶束的自组装机制 25

3.3.5 纳米胶束的光响应性研究 25

3.3.6 纳米胶束的pH敏感性研究 27

3.4 小结 28

第4章 结论 29

参考文献 30

致谢 33

第1章 绪论

1.1 聚合物纳米胶束概述

聚合物纳米胶束是一种近年来迅速发展的新型纳米药物载体，是由两亲性的聚合物在水中自组装形成的纳米尺寸胶束。这些胶束的粒径范围分布较集中，一般在20-200nm。由于其微小体积和巨大的比表面积决定了纳米胶束有较高的载药量，能有效增强所负载药物的效应。此外，因其具有纳米级的粒径，可进入大粒径材料无法进入的组织器官中，从而实现药物的靶向输送^[1]。其特殊的核-壳结构，被认为是一种具有开发潜力的运输载体，因为其疏水内核可用来负载许多难溶的活性客体分子。综上，纳米胶束的载药量高、易于吸收、特异性、靶向性等特点，使其作为一种新型的药物载体越来越受到关注。

根据聚合物结构的不同，常用作药物载体的聚合物胶束可分为：嵌段聚合物胶束、接枝共聚物胶束、聚电解质共聚物胶束等。两亲性嵌段共聚物由亲水链和疏水链构成，当置于选择性溶剂（对亲水链和疏水链的溶解能力不同）中时，由于亲水、疏水嵌段的溶解性有着极大的差异，能自聚集或自组装形成亚微观范围的聚合物胶束。常见的亲水链有聚乙二醇（PEG），疏水链有聚乳酸（PLA）、聚己内酯（PLC）或聚赖氨酸（PLys）等。接枝共聚物是通过在骨架链上接枝与其溶解性差异极大的支链构成，如果该共聚物是由疏水性的骨架和亲水性的支链构成，则其在水中就能自组装形成核壳结构的纳米粒子，疏水骨架构成内核，亲水支链朝外构成外壳。一些不同的嵌段共聚物在水溶液中通过分子间作用力（包括静电作用、氢键作用或疏水相互作用等）聚集可形成聚电解质胶束，如在中性条件下，将一些具有荷正电嵌段和荷负电的嵌段共聚物在水溶液中混合，在静电作用下能聚集成胶束，且只有当荷正电嵌段和荷负电嵌段链节数相等时，才能形成球形胶束。而也有人提出一种新型不需接枝共聚物或嵌段共聚物制备胶束的策略，朱蕙等^[2]提出了一种基于大分子间氢键作用，致使多组存在特殊相互作用（如静电作用、氢键）的高分子在选择性溶剂中自组装形成的胶束。这种方法不需制备接枝共聚物或嵌段共聚物，直接采用改性的聚合物，但由于需要在有机溶剂中组装，而且常用的聚合物一般不具生物降解性，故限制了它的应用^[3]。